SEDE MANIZALES
TRABAJO FINAL DE MAESTRÍA
Guía metodológica para el análisis de
hundimientos de tensión en el sistema de
distribución de la CHEC
Autor:
Andrés Felipe Salazar Jiménez
Universidad Nacional de Colombia, Sede Manizales
Facultad de Ingeniería y Arquitectura
Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Computación
Manizales, Colombia
2015
Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de
distribución de la CHEC
Autor:
Andrés Felipe Salazar Jiménez
Trabajo presentada como requisito parcial para optar al título de:
Magister en Ingeniería – Ingeniería Eléctrica
Director:
Ph.D. Armando Jaime Ustariz Farfán, UN
Línea de Investigación en Compatibilidad Electromagnética
Grupo de Investigación en Calidad de la Energía y Electrónica de Potencia “GICEP”
Universidad Nacional de Colombia, Sede Manizales
Facultad de Ingeniería y Arquitectura
Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Computación
Manizales, Colombia
2015
Methodological guide to analyze sag voltage in
the CHEC distribution system
Author:
Andrés Felipe Salazar Jiménez
Master´s degree final project presented for the degree of:
Master in Engineering - Electrical Engineering
Director:
Ph.D. Armando Jaime Ustariz Farfán, UN
Research Areas in Electro Magnetic Compatibility EMC
Research Group in Quality of Energy and Power Electronics "GICEP"
Universidad Nacional de Colombia
Faculty of Engineering and Architecture
Department of Electrical, Electronic and Computer Engineering
Manizales, Colombia
2015
III
A Dios, por ser mi guía y soporte en todo momento,
A mi madre Luz Elena, ejemplo de perseverancia e infinito amor,
A mis hermanos, Carlos, juan y Mauricio por su apoyo siempre en todo sentido,
A mi hija Lucia y mi esposa Luisa, un nuevo aliento en mi vida.,
A Santiago Arias Guzmán y Bianey Bravo Valencia, por compartir y discutir temas de común
interés.
IV
AGRADECIMIENTOS
Por su apoyo, a mis compañeros de trabajo, el equipo de Ingeniería, en especial al
Ingeniero Guillermo Antonio Reyes quien por su liderazgo y motivación constante me
permitieron en gran medida alcanzar mí meta, gracias a todos por su valioso apoyo.
Al Doctor Eduardo Antonio Cano Plata, por su motivación para iniciar mis estudios de
maestría de Ingeniería Eléctrica en la modalidad de profundización, a mi asesor de trabajo
de grado el Doctor Armando Jaime Ustariz Farfan por su disposición y paciencia a lo largo
de mis estudios de posgrado, a Santiago Arias Guzmán, compañero de estudio por su
invaluable colaboración y apoyo; un aliado estratégico desde la academia.
También a la empresa Central Hidroeléctrica de Caldas por su oportunidad y apoyo a lo
largo de este ciclo académico.
A.F. Salazar Jiménez, 2015
V
RESUMEN
A CALIDAD del servicio de energía eléctrica manifestada en la calidad de la forma
de onda, se ve afectada entre otros fenómenos, por las perturbaciones ocasionadas
durante la operación de las cargas de los usuarios y de los activos que hacen parte de
operadores de del sistema en los diferentes niveles del SIN; otras perturbaciones
electromagnéticas puede tener origen en fenómenos atmosféricos, la acción de terceros
y otros eventos de naturaleza fortuita que de manera directa o no afectan la calidad de la
forma de onda ideal.
La misma dinámica del sistema y la aleatoriedad de los diferentes fenómenos
electromagnéticos conlleva una responsabilidad no solo en los operadores del sistema,
sino también en los usuarios conectados a él, consistente en garantizar la compatibilidad
de sus instalaciones frente a la inevitable ocurrencia de dichos fenómenos; es así como
siendo conscientes de la realidad actual y la problemática existente, debemos antes que
nada establecer los parámetros que permitan evaluar las condiciones en cualquier punto
del sistema, frente a la susceptibilidad a fenómenos electromagnéticos como los
hundimientos de tensión.
Es así como a través de la investigación y el desarrollo de estándares por parte de
organismos como la IEEE “Institute of Electrical and Electronics Engineers”, se logran obtener
herramientas que permiten evaluar dichos parámetros, más aun al no contar en la
actualidad dentro de la reglamentación vigente de indicadores para dichos parámetros.
Es por ello que en el presente trabajo, se plantea una metodología que permitirá a
cualquier actor del sistema en especial a los operadores de red, evaluar los hundimientos
de tensión en cualquier punto del sistema, soportados de un estándar vigente como la
IEEE Std 1564-2014 “Guide for voltage sag indices”.
Palabras clave: Calidad de la potencia, hundimientos de tensión, índices de severidad.
L
VI
ABSTRACT
HE QUALITY service of electricity manifested in quality of the waveform, is not
only affected by the disturbance during the operation loads of users and assets that
are part of system operators in different SIN levels; it is also affected by electromagnetic
transient phenomena which cause the operation of equipment connected to the system,
these phenomena may be caused by atmospheric events, the action of third parties and
other events haphazard nature directly or indirectly on network.
The same normal dynamics of the system and the randomness of the various
electromagnetic phenomena carries a responsibility not only for system operators but
also users connected to it, to ensure the compatibility of its activities against the inevitable
occurrence of such phenomena; being aware of the current situation and existing
problems, first of all we must establish the parameters to evaluate the conditions at any
point in the system, against the susceptibility to electromagnetic phenomena such as
subsidence of tension.
Thus, through the research and development of standards by associations such as the
IEEE “Institute of Electrical and Electronics Engineers”, we are able to obtain tools to
evaluate these parameters, mainly because in present we doesn’t have regulations of
indicators for these parameters.
That is why in this paper, arises a methodology that will allow any performer in the
system especially the network operators, evaluate subsidence of tension at any point in
the system, supported by an existing standard like the IEEE Std 1564- 2014 “Guide for
voltage sag indices”.
Keywords: Power Quality; Voltage Sags; Voltage Sag Severity; Voltage Sag Duration;
Retained Voltage
T
VII
CONTENIDO
CONTENIDO ........................................................................................................... VII
LISTA DE FIGURAS .................................................................................................. X
LISTA DE TABLAS ................................................................................................. XII
CAPÍTULO 1 ................................................................................................................. 1
1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 2
1.1. Planteamiento del problema ............................................................................ 5
1.2. Objetivos del presente trabajo ......................................................................... 6
1.2.1. Objetivo general ..................................................................................................... 6
1.2.2. Objetivos específicos ............................................................................................. 7
1.3. Equipos y bases de datos ................................................................................. 7
1.3.1. Bases de datos ......................................................................................................... 7
1.3.2. Equipos analizadores de red ................................................................................. 7
1.4. Estructura del documento ................................................................................ 8
CAPÍTULO 2 ............................................................................................................... 11
2. CONCEPTOS Y DEFINICIONES ................................................................ 12
2.1. Valores de referencia ...................................................................................... 12
2.1.1. Umbrales de referencia en régimen estacionario ............................................. 12
2.1.2. Tensión nominal del sistema .............................................................................. 13
2.1.3. Tensión de referencia deslizante ........................................................................ 13
2.1.4. Tensión acordada con el usuario ........................................................................ 14
2.1.5. Valor eficaz de la tensión .................................................................................... 14
2.2. Características de los hundimientos de tensión ........................................... 15
2.2.1. Hundimiento de tensión ...................................................................................... 15
2.2.2. Magnitud del hundimiento .................................................................................. 16
2.3. Curvas de inmunidad aplicada a las variaciones de tensión ....................... 17
VIII
2.4. Aspectos generales aplicables en Colombia ................................................. 21
2.4.1. Punto de medición ............................................................................................... 21
2.4.2. Punto de conexión ............................................................................................... 21
2.4.3. Activos de conexión ............................................................................................ 22
CAPÍTULO 3 ................................................................................................................23
3. GUÍA METODOLÓGICA PROPUESTA ....................................................24
3.1. Metodología implementada ............................................................................ 24
3.2. Etapa 1 - procedimiento de identificación de problemas. ......................... 26
3.2.1. Fase 1: requerimiento para la realización de mediciones ................................ 26
3.2.2. Fase 2: visita técnica al sitio ................................................................................ 29
3.2.3. Fase 3: instalación de equipo de medida ........................................................... 30
3.3. Etapa 2 - procedimiento de aplicación IEEE Std1564-2014 .................... 32
3.3.1. Fase 4: obtención de registros de forma de onda ............................................ 33
3.3.2. Fase 5: extracción de parámetros de hundimiento .......................................... 34
3.3.3. Fase 6: cálculo de severidad de cada hundimiento .......................................... 35
3.3.4. Fase 7: cálculo de severidad del punto de medida ........................................... 37
3.4. Etapa 3 - análisis de resultados y conclusiones ........................................... 38
CAPÍTULO 4 ................................................................................................................39
4. APLICACIÓN EN CASOS PRÁCTICOS .....................................................40
4.1. Escenario #1 – mediciones en un usuario comercial ................................. 40
4.2. Escenario #2 – mediciones en una subestación del OR ............................ 46
4.3. Escenario #3 – mediciones en usuarios industriales .................................. 55
CAPÍTULO 5 ................................................................................................................62
5. CONCLUSIONES, APORTES Y FUTUROS DESARROLLOS ..............63
5.1. Conclusiones generales ................................................................................... 63
5.2. Aportes ............................................................................................................. 64
5.3. Futuros desarrollos.......................................................................................... 65
5.4. Discusión académica ....................................................................................... 65
IX
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 67
X
LISTA DE FIGURAS Pág.
Figura 1: Arquitectura SGCPE CHEC ..................................................................................... 5
Figura 2: Clasificación de los eventos de tensión según IEEE Std 1159-2009 ............... 15
Figura 3: Clasificación de los hundimientos de tensión según IEEE Std 1159-2009 .... 16
Figura 4: Descripción de un hundimiento de tensión ......................................................... 16
Figura 5: Curva de susceptibilidad CBEMA [1][37] ............................................................. 18
Figura 6: Comparación de curvas de inmunidad de equipos típicos ................................. 18
Figura 7: Curva CBEMA aplicada al usuario en el PCC ..................................................... 19
Figura 8: Curva ITIC aplicada al usuario en el PCC ............................................................ 20
Figura 9: Curva SEMI-F47 aplicada al usuario en el PCC .................................................. 20
Figura 10: Punto de medición diferente al PCC ................................................................... 21
Figura 11: Flujograma para el análisis de hundimientos de tensión .................................. 25
Figura 12: Registro del hundimiento de tensión (formas de onda) ................................... 33
Figura 13: Registro del hundimiento de tensión (valores eficaces) ................................... 34
Figura 14: Curva de referencia SEMI--F47 ........................................................................... 36
Figura 15: Vista topológica del circuito en el escenario #1 ................................................ 41
Figura 16: Datos de la subestación del usuario en el escenario #1 ................................... 42
Figura 17: Punto de medida del usuario en el escenario #1 ............................................... 43
Figura 18: Curva SEMI-F47 para el usuario en el escenario #1 ........................................ 45
Figura 19: Diagrama unifilar del circuito en el escenario #2 .............................................. 47
Figura 20: Subestación de media tensión y baja tensión en el escenario #2 .................... 48
Figura 21: Transformador 630 kVA del usuario en el escenario #2 ................................. 49
Figura 22: Punto de medida del usuario en el escenario #2 ............................................... 50
XI
Figura 23: Monitoreo en la subestación del OR en el escenario #2 .................................. 50
Figura 24: Curva SEMI-F47 para el usuario en el escenario #2......................................... 53
Figura 25: Curva SEMI-F47 para la subestación (año 2012) en el escenario #2 ............. 53
Figura 26: Curva SEMI-F47 para la subestación (año 2013) en el escenario #2 ............. 54
Figura 27: Curva SEMI-F47 para la subestación (año 2014) en el escenario #2 ............. 54
Figura 28: Diagrama unifilar del circuito en el escenario #3 .............................................. 56
Figura 29: Severidad promedio en el PCC vs. subestación para el escenario #3 ............ 61
XII
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1: Límites máximos y mínimos de tensiones en estado estacionario ..................... 13
Tabla 2: Periodo de monitoreo necesario para obtener la precisión dada ....................... 31
Tabla 3: tensiones normalizadas dentro del sistema de distribución de CHEC ............. 31
Tabla 4: Parametros de hundimiento tomados a partir del evento ................................... 35
Tabla 5: Datos para calcular la severidad usando la curva SEMI--F47 ............................ 36
Tabla 6: Información del sistema eléctrico en el escenario #1 .......................................... 40
Tabla 7: Información del sistema eléctrico del usuario en el escenario #1...................... 41
Tabla 8: Información de cargas del usuario en el escenario #1 ......................................... 42
Tabla 9: Periodo de registro en el escenario #1 ................................................................... 43
Tabla 10: Valores de severidad individual para el escenario #1 ......................................... 44
Tabla 11: Valores de severidad en el punto de medida del escenario #1 ......................... 45
Tabla 12: Información del sistema eléctrico en el escenario #2 ........................................ 46
Tabla 13 Información del sistema eléctrico del usuario en el escenario # 2 ................... 48
Tabla 14: Información de cargas del usuario en el escenario #2 ....................................... 49
Tabla 15: Periodo de registro en el escenario #2 ................................................................. 49
Tabla 16: Valores de severidad individual para el usuario en el escenario #2 ................. 51
Tabla 17: Calculo de severidad en el punto de medida del usuario en el escenario #2 . 52
Tabla 18: Calculo de severidad en la barra de la subestación en el escenario #2 ........... 52
Tabla 19: Información técnica del usuarios en el escenario #3 ......................................... 57
Tabla 20: Valores de severidad del usuario en el escenario #3 .......................................... 58
Tabla 21: Calculo de severidad de los usuarios en el escenario #3 ................................... 59
XIII
Tabla 22: Calculo de severidad en la barra de la subestación en el escenario #3 ............ 60
CAPÍTULO 1
INTRODUCCIÓN
A a
Este capítulo presenta en principio las generalidades del documento a través de la introducción,
realiza un planteamiento del problema del cual surge la necesidad de emprender el presente trabajo,
haciendo énfasis en los hundimientos de tensión, como una de las perturbaciones que más afectan la
calidad de la forma de onda de los usuarios y que son trasladas finalmente a los operadores de red
mediante diferentes modalidades de solicitud. También se definen los objetivos generales y específicos,
además de la estructura del documento.
2
1. INTRODUCCIÓN
A CALIDAD del servicio de energía eléctrica en Colombia ha venido adquiriendo
cada vez mayor relevancia para los diferentes usuarios del sistema eléctrico, y aún
más, para aquellos actores que participan en el mercado y buscan una remuneración de
su actividad a través de la prestación del servicio; o en el otro extremo, mediante el uso
de este recurso para elaboración o transformación de un producto en un bien o para la
prestación de otro servicio; del primer lado se encuentran los agentes generadores,
transmisores y distribuidores, quienes intervienen de manera directa en la calidad del
servicio, mediante la operación y mantenimiento de sus activos eléctricos, plantas de
generación, transformadores, líneas de transmisión, bancos de compensación y
reactores, transferencias y conexión de cargas, entre otros; otro componente importante
que incide en la calidad del servicio se encuentra relacionado con los factores exógenos,
representados en el entorno por la vegetación, la fauna, la dinámica urbanística,
fenómenos naturales y la acción misma del hombre; que por su interacción con cada uno
de los factores puede ocasionar sobre el sistema eléctrico, condiciones transitorias no
deseadas, provocando el accionamiento o reacción de las protecciones asociadas a la red
y por ende el deterioro en la calidad del servicio.
Se pueden identificar tres categorías en el tema de la calidad del servicio [1]: el primero
de ellos es la calidad en la prestación del servicio (reflejada en la continuidad), el segundo
es la calidad de la potencia (calidad del producto) y tercero calidad de atención comercial.
Lo anterior permite acotar e identificar el tema bajo estudio, el cual estará enmarcado en
la calidad de la potencia, específicamente en los hundimientos de tensión.
Desde ese punto de vista, la proliferación actual de la electrónica en los hogares a
través de los electrodomésticos y computadoras; en el sector comercial y oficial con los
sistemas de cómputo y sistemas de alumbrado con balastas electrónicas; en la industria a
través de PC’S y PLC’S, CNC, ASD (Adjustable Speed Driver) no solo pueden considerarse
L
3 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
como generadores de perturbaciones a la red manifestados en el deterioro de la forma de
onda, sino que también pueden verse afectados en su normal operación por las
perturbaciones ocurridas en la red eléctricas, como son: interrupciones, hundimientos y
elevaciones de la tensión, transitorios, variaciones en la frecuencia y armónicos,
impactando negativamente la operación de estos equipos y por ende ocasionando una
percepción negativa de los usuarios frente a la calidad del servicio prestada.
Dado lo anterior, conceptos como la compatibilidad electromagnética CEM1 toman
fuerza dentro de los temas relacionados con la calidad de la potencia, obligando a contar
con estándares de fabricación de equipos con una robustez mínima que permitan en gran
medida inmunidad a las condiciones del servicio actual.
No ajeno a esta dinámica de desarrollo y transformación tecnológica, el estado
Colombiano, a través de la Comisión Reguladora de Energía y Gas (CREG)2, promueve
la interacción de los diferentes agentes del mercado energético dentro de un marco
regulatorio; exhortando, a partir de la resolución CREG 025 de 1995, el uso de conceptos
y referentes normativos internacionales (IEEE Std 519-1992; IEC 555-3) para evaluar la
calidad de la potencia a todos los actores del Sistema de Interconectado Nacional (SIN);
teniendo en cuenta que para ese entonces, que en materia de calidad de la potencia, no
existían normas técnicas nacionales de referencia. En 1998, la Comisión Reguladora de
Energía y Gas promulgó una nueva resolución (CREG), donde define los principios de
eficiencia, calidad y neutralidad en la prestación del servicio de energía eléctrica, con el
fin de mejorar los estándares de calidad del servicio, entre ellos, los asociados a la calidad
de la potencia.
En 2005 y 2007, mediante las resoluciones CREG 024/2005 y CREG 016 /2007
respectivamente, se empieza a fortalecer la regulación en materia de calidad de la
1 “Compatibilidad electromagnética CEM: según la NTC-IEC 61000-1-1, la CEM se define como la capacidad de los
dispositivos, equipos o sistemas para funcionar satisfactoriamente en su ambiente electromagnético sin introducir perturbaciones
electromagnéticas intolerables a lo que se encuentre en ese ambiente.”
2 La Comisión Reguladora de Energía y Gas - CREG fue creada a partir de las leyes 142 y 143 de 1994.
Capítulo 1.Introducción 4
potencia, estableciendo tiempos y obligatoriedad en la medición y reporte de indicadores
registrados en cada barra de subestación por parte de los operadores de red (OR) del
sistema, para tal fin, la CHEC implementó el sistema de monitoreo y registro de calidad
de la potencia (SMRCP).
Las señales del ente regulador frente a variables de calidad, como los hundimientos,
las elevaciones y las fluctuaciones de la tensión no han sido claras frente a la participación
de los usuarios en las perturbaciones de la red, esto se ve reflejado en el hecho de no estar
limitadas en porcentaje o cantidad de emisiones3; además, las acciones por parte de los
OR, frente a la información registrada, se limita únicamente a los reportes semanales y el
soporte para la atención de algunas reclamaciones. Son pocas las compañías
electrificadoras que han realizado un aprovechamiento efectivo de la información
asociada a la calidad de la potencia, limitándose exclusivamente al mandato del regulador.
El desarrollo de metodologías de análisis a través de estándares internacionales como
la IEC 61000-2-8 de 2002, IEEE 1564 de 2014 y herramientas computacionales para el
procesamiento de información de hundimientos de tensión, como las curvas iso-SAGs y
los Sistemas de Información Geográfica (SIG) permiten aprovechar la información
capturada por los equipos analizadores de redes. Un ejemplo de estas aplicaciones lo
presenta la firma Mejía Villegas S.A. en el documento “Caracterización de la calidad de
la potencia para un sistema de transmisión interconectado”. En dicho trabajo se
desarrolló una metodología para evaluar los hundimientos de tensión con base en
simulaciones de fallas, análisis del sistema de protecciones y análisis de las bases de datos
de frecuencia de ocurrencia de eventos [4].
Otro trabajo de investigación es el realizado por el grupo de investigación PAAS-UN
de la Universidad Nacional Sede Bogotá en el 2011, el proyecto de investigación en
calidad de potencia financiados por COLCIENCIAS y CODENSA E.S.P, busco la
realización y diseño de una metodología para el análisis de “sags” de tensión en redes de
distribución, con el fin de obtener mapas de hundimientos en tensión para las barras de
3 Proyecto de resolución CREG 065 de 2012
5 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
220kV y 115kV de la ciudad de Bogotá [5]
De igual forma algunos desarrolladores de software y equipos especializados para la
medición de parámetros eléctricos y eventos asociados a la calidad de la potencia, han
consolidado información valiosa relacionada con la firma o “signatures” de los diferentes
fenómenos electromagnéticos, aclarando por supuesto que esta información se encuentra
sujeta a las particularidades de cada caso de estudio [6], sin embargo este material es de
utilidad como registro y relacionamiento de las diferentes formas de onda asociadas a las
diferentes fuentes y causas.
1.1. Planteamiento del problema
A través de la combinación adecuada de herramientas, como transductores,
procesadores de señal (osciloscopios, analizadores de red) y plataformas computacionales
para el procesamiento de datos, es posible la captura y procesamiento de perturbaciones
electromagnéticas con un alto grado de resolución, en su gran mayoría estas
perturbaciones son identificables, medibles, caracterizables, cuantificables y, por ende,
procesables estadísticamente.
Figura 1: Arquitectura SGCPE CHEC
La Central Hidroeléctrica de Caldas (CHEC) posee en la actualidad la capacidad de
procesamiento y registro de información mediante equipos de calidad de la potencia, que
cumplen las especificaciones requeridas en el estándar internacional IEC 61000-4-30 en
Capítulo 1.Introducción 6
lo referente a equipos clase A4, ver Figura 1.
Esto permite el registro y reconstrucción de los diferentes fenómenos
electromagnéticos facilitando en particular el análisis de los hundimientos de tensión,
identificados como una de las perturbaciones que más impactan a los sistemas de
distribución y por ende a los usuarios, en especial a los usuarios industriales a quienes las
paradas intempestivas de sus procesos, representa cuantiosas pérdidas; estudios
realizados por el EPRI en el 2001 [9] acerca de los fenómenos típicos el 46 % de los
disturbios y los resultados obtenidos dentro del estudio de caracterización de la calidad
de la potencia eléctrica realizado a los usuarios industriales del circuito ENE30L16 del
SDL de la CHEC en el año 2012 [10].
El trabajo de grado propone la formulación de una guía metodológica que sirva para
el análisis de los hundimientos de tensión que se registran en el sistema de distribución
de la CHEC, como variable de mayor sensibilidad para los operadores de red y los
usuarios, soportados a través de la normatividad vigente (IEEE 1564 de 2014) y los
indicadores que para tal fin se definan.
1.2. Objetivos del presente trabajo
1.2.1. Objetivo general
Proponer una guía metodológica que permita a los operadores de red, evaluar la
severidad de los hundimientos de tensión que afectan la normal operación de los usuarios
usando como referente normativo estándares internacionales vigentes (IEEE 1564 de
2014) aplicados a los registros de las mediciones realizadas en el punto de medida de los
usuarios o cualquier subestación del sistema.
4 IEC 61000-4-30 CEM: Técnicas de ensayo y de medida. Métodos de medida de la calidad de potencia”
7 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
1.2.2. Objetivos específicos
1. Plantear los conceptos y definiciones necesarios para el desarrollo de la
metodología, a partir de los referentes normativos y regulatorios que aplican en
Colombia
2. Proponer una guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión, a
partir la experiencia, normatividad y regulación vigente, considerando para ello el
estándar IEEE Std 1564 de 2014.
3. Validar a través de mediciones prácticas la metodología propuesta, bajo diferentes
escenarios que permitan verificar la aplicabilidad de la metodología propuesta.
1.3. Equipos y bases de datos
1.3.1. Bases de datos
Para el desarrollo de la presente propuesta metodológica, fue necesario entre otras, el
uso información histórica de registros de parámetros de calidad de la potencia
almacenados en la base de datos del operador de red CHEC.
Otros registros utilizados dentro del presente documento, fueron obtenidos a partir
de las mediciones realizadas en campo a través de los equipos analizadores de red
portátiles clase A[8]; dicha información fue procesada posteriormente con la herramienta
Manager de PQView.
1.3.2. Equipos analizadores de red
Los equipos utilizados para el registro de las variables de interés, son de propiedad de
operador de red CHEC y hacen parte del sistema de gestión de la calidad de la potencia
y sus características técnicas, corresponden a las establecidas en la normatividad
vigente[8]. Dentro de los equipos utilizados se pueden identificar dos tipos:
Equipos fijos: estos se encuentran localizados en las subestaciones del sistema CHEC
y se encuentran integrados al SGCPE a través de la red de comunicaciones e
infraestructura tecnológica como se indica en la Figura 1: Arquitectura SGCPE CHEC.
Capítulo 1.Introducción 8
Las características técnicas básicas de los equipos analizadores de calidad de energía
utilizados, son:
- Permiten las mediciones aplicables a equipos clase A (conforme a IEC 61000-4-30),
- Cuenta con ocho (8) canales, cuatro (4) de corriente y cuatro (4) de tensión,
configurables según el tipo de medición (monofásica, trifásica en estrella o en delta,
método de los dos vatímetros, dos elementos y medio
- Registro de componentes de armónicas hasta de orden 63 sobre la fundamental
(3000 Hz),
- Rata de muestreo de 512 muestras/ciclo.
- Permite el registro de parámetros eléctricos tales como tensiones de línea, tensiones
de fase, corrientes, factor de potencia y energías entre otros.
- Configuración de tensión de referencia (Usr o Un)
Equipos portátiles: sus características constructivas, facilitan su manejo en campo al
contar con una interface táctil la cual permite la parametrización en campo; si bien cuenta
con menores especificaciones con respecto a los equipos fijos, en general su
funcionalidad es similar, difiriendo principalmente en:
- Rata de muestreo de 256 muestras/ciclo.
- Configuración de tensión de referencia Un
Al igual que los equipos fijos, estos permiten las mediciones aplicables a equipos clase A
(conforme a IEC 61000-4-30).
1.4. Estructura del documento
Con el fin de establecer un hilo conductor que permita el desarrollo sistemático de la
guía metodológica se plantean en este trabajo de grado los siguientes capítulos, los cuales
permitirán comprender la metodología propuesta; para ello se plante la siguiente
estructura.
Capítulo 1, presenta en principio las generalidades del documento a través de la
introducción, realiza un planteamiento del problema del cual surge la necesidad de
emprender el presente trabajo, haciendo énfasis en los hundimientos de tensión, como
9 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
una de las perturbaciones que más afecta la calidad de la forma de onda de los usuarios
Se definen los objetivos generales y específicos que se buscan cubrir a lo largo del
documento.
Capítulo 2, A partir de una revisión bibliográfica, introduce en la terminología,
normatividad y regulación aplicada a lo largo de la metodología propuesta para el análisis
de los hundimientos de tensión.
Capítulo 3, En este capítulo se plantea la metodología propuesta, se desarrolla por
etapas y estas a su vez por fases, se documenta e integra adicionalmente en este capítulo
la experiencia relacionada con la atención de solicitudes y que involucran la instalación y
medición de variables de calidad de la potencia, así como también, información de
referentes normativos vigentes y en especial se integra la metodología propuesta por el
estándar IEEE Std 1564 de 2014 para el cálculo de severidad de los hundimientos de
tensión.
Capítulo 4, Se aplica la metodología propuesta en el capítulo 3, para ello se plantean
tres escenarios, los cuales involucran casos prácticos que reflejan la necesidad de
cuantificar las condiciones del punto de medida frente a la aparición de perturbaciones,
centrando su atención en la valoración de la severidad debida a los hundimientos de
tensión.
Capítulo 5: Se presentan las conclusiones generales a la metodología propuesta, se
realizan las recomendaciones para trabajos futuros, se relacionan los trabajos adicionales
que aportaron al logro del presente documente y que fueron de trascendencia a nivel de
congresos y revistas.
11
CAPÍTULO 2
CONCEPTOS Y DEFINICIONES
A a
En este capítulo se introduce en la terminología, normatividad y regulación aplicada a lo largo de la
metodología propuesta para el análisis de los hundimientos de tensión. Adicionalmente, a partir de
la revisión bibliográfica, se realiza una síntesis de los conceptos y definiciones que serán de uso
frecuente a lo largo del presente documento.
12
2. CONCEPTOS Y DEFINICIONES
ASADOS en la revisión bibliográfica normativa, regulatoria y documentación de
estudios relacionada con la realización de mediciones de parámetros de calidad de
la potencia, se plantean los siguientes conceptos y definiciones, que serán de uso
frecuente a lo largo del presente documento.
2.1. Valores de referencia
2.1.1. Umbrales de referencia en régimen estacionario
Para establecer los límites de tensión tolerables de operación de los sistemas
eléctricos, existen en la actualidad referentes normativos nacionales como la NTC 1340
de 2004 y la NTC 5001 de 2008; así mismo, se encuentran vigentes normas
internacionales como la IEC 60038 de 2009, IEEE 1159, EN 50160 las cuales
recomiendan umbrales de operación, según el nivel de tensión en el punto de conexión
o medida al que debe suministrarse el servicio, garantizando así, condiciones de calidad
en régimen estacionario para este parámetro; estos referentes pueden adquirir una
naturaleza mandatorial a través de las leyes, reglamentos y resoluciones emitidas por cada
estado, es así como en Colombia, la comisión reguladora de energía y gas CREG o el
Ministerio de Minas y Energía a través del Reglamento de instalaciones Eléctricas RETIE
de 2013, son de carácter obligatorio y su incumplimiento puede trascender a regímenes
sancionatorios más estrictos.
La tensión máxima de un sistema, se encuentra definida como el valor eficaz máximo
de tensión que ocurre bajo condiciones de operación normal, así mismo la tensión
mínima de un sistema es el valor eficaz mínimo de tensión que ocurre bajo condiciones
de operación normal.[12]
B
13 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
Bajo estos dos referentes, el normativo y el regulatorio se pueden diferenciar los
siguientes límites:
Tabla 1: Límites máximos y mínimos de tensiones en estado estacionario
NORMATIVIDAD TENSIÓN MÁXIMA
[PU] TENSIÓN MÍNIMA
[PU]
NTC 1340 1,055 0,9
NTC 5001 1,10 0,90
ANSI C84.16 1,05-1,058 0,95-91,7
IEC 60038 1,10 0,90
IEEE 1159 1,10 0,90
EN 50160 1,10 0,90
CREG 024-20057 1,10 0,9
2.1.2. Tensión nominal del sistema
Se refiere a la tensión eficaz a la cual se designa o identifica el sistema, instalación o
equipo eléctrico [8][15], descrita como Un.
2.1.3. Tensión de referencia deslizante
Es el valor de tensión promediado en un intervalo de tiempo específico, esta tensión
precede a la ocurrencia del evento (hundimientos, elevaciones y cambios rápidos de la
tensión) [8], descrita como Usr. Esta referencia se utiliza en sistemas de alta tensión y en
ningún caso es recomendada en sistemas de baja tensión.[5]
De acuerdo al estándar IEC 61000-4-30, el cálculo de la tensión deslizante debe
realizarse utilizando un filtro de primer orden, con una constante de tiempo de 1 min, el
cual está dado por la siguiente ecuación:
1 10/12
0.9967 0.0033 sr n sr n rms
U U U
(1)
5 Corresponde a límites establecidos para los niveles 1, 2 y 3 de tensión comprendidos entre 100 V y 69 kV a 60Hz.
6 El estándar ANSI C84, 1 de 2011, considera 2 rangos, el Rango A se refiere a los rangos óptimos de tensión (0,95-1,05) y el rango
B a los limites superiores aceptables pero no óptimos (91,7- 1,058), este último corresponde a un límite extendido.
7 Para niveles superiores a 500 kV, la tensión nominal no podrán ser superiores al 105%, durante un periodo superior a un minuto.
Capítulo 2. Conceptos y Definiciones 14
Usr(n)= Es el valor actual de la tensión de referencia deslizante
Usr(n-1)=Es el valor precedente de la tensión de referencia deslizante
U(10/12)rms= Es el valor eficaz de los 10/12 ciclos más recientes.
2.1.4. Tensión acordada con el usuario
En otros casos especiales la tensión de referencia puede ser pactada entre el operador
de red y el usuario. Dentro de la regulación vigente, a través de contratos de calidad extra,
se considera la posibilidad de que los usuarios realicen un mayor pago por el servicio de
distribución, en contraprestación de recibir mejores condiciones de calidad del servicio
con respecto a las establecidas por resolución, esto, en cuanto al número y cantidad de
las interrupciones[38]; en este sentido su alcance no proporciona las herramientas que
consideren condiciones adicionales para parámetros de calidad de la potencia, como son
los hundimientos de tensión, entre otras variables.
Sin embargo, en materia de calidad de la potencia, regulatoriamente y de manera
prospectiva se podrían establecer “contratos de calidad de la potencia”; en este sentido el
regulador promueve a través del proyecto de resolución CREG 065 de 2012[39], que los
usuario del sistema a través de este mecanismo, puedan acordar niveles de calidad de la
potencia superior a los establecidos en el proyecto de resolución, el cual recoge los ya
definidos en las resoluciones vigentes[22].
2.1.5. Valor eficaz de la tensión
Corresponde al cálculo a partir de los valores instantáneos de la magnitud de la
tensión, aplicando la raíz cuadrada a la media aritmética de los cuadrados de estos valores,
tomados en un intervalo de tiempo y un ancho de banda especificado.
Para obtener el valor eficaz de tensión bajo condiciones aceptables tanto normativo
como regulatorio vigente, la medición se debe realizar a través de la metodología de
monitoreo de acuerdo con el estándar IEC 61000-4-30, en periodos de agregación de 10
min.[8]
Para calcular el valor eficaz de la tensión, la ventana debe tener una duración de un
ciclo y debe ser actualizada cada medio ciclo, de acuerdo al estándar IEC 61000-4-30 de
2008.
15 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
2
1 21
1 k
irmsi k N
V k VN
(2)
Donde:
N Es el número de muestras por ciclo.
Vi Es la magnitud de la tensión muestreada.
k es 1, 2, 3, etc.
Este cálculo se aplica a cada canal de medida.
2.2. Características de los hundimientos de tensión
2.2.1. Hundimiento de tensión
Los hundimientos de tensión se identifican como una caída de tensión eficaz, que se
encuentra por debajo del 90% y por encima del 10% de la tensión de referencia (Udin, Usr)
y cuya duración está entre medio ciclo y 1 min, como se encuentra definido en el estándar
IEEE Std 1159-2009 [18], ver Figura 2.
Figura 2: Clasificación de los eventos de tensión según IEEE Std 1159-2009
Así mismo, los hundimientos de tensión según su duración se pueden clasificar como
instantáneos, momentáneos y temporales, tal como se muestra en la Figura 3.
Elevaciones de tensión Sobre Voltajes
Hundimientos de tensión
0,5 Ciclos 3 segundos 1 minuto
110%
90%
10%
Mag
nit
ud
del
eve
nto
Duración del evento
Interrupciones
MomentaneosInterrupciones Temporales
No
tch
in -
Tra
nsi
tori
os
Tran
sito
rio
s
Sub Voltajes
Interrupciones de
larga Duración
Capítulo 2. Conceptos y Definiciones 16
Figura 3: Clasificación de los hundimientos de tensión según IEEE Std 1159-2009
2.2.2. Magnitud del hundimiento
Los hundimientos de tensión pueden expresarse como la diferencia en porcentaje
entre la referencia y el mínimo valor de tensión del evento, también puede expresarse en
función del valor residual de tensión y por la duración del evento. Muchas veces con el
fin de interpretar correctamente los indicadores de hundimientos en algunos análisis, se
prefiere utilizar la profundidad en vez de la magnitud.
Figura 4: Descripción de un hundimiento de tensión
Elevaciones de tensión Sobre Voltajes
0,5 Ciclos 30 Ciclos 3 segundos 1 minuto
Duración del evento
Inst
anta
ne
os
Mo
me
nta
ne
os
Tem
po
rale
sMag
nit
ud
del
eve
nto
Tran
sito
rio
s
110%
90%
Sub Voltajes
10%
17 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
La profundidad del hundimiento es calculada como el valor de la referencia en voltios
o en PU, menos la tensión residual (ver Figura 4). Otros parámetros que caracterizan a
los hundimientos de tensión se encuentran relacionados con el cambio de fase.
2.3. Curvas de inmunidad aplicada a las variaciones de tensión
Las curvas de inmunidad permiten establecer el desempeño de los equipos frente a
las diferentes variaciones de la red (interrupciones, hundimientos y elevaciones de la
tensión), estas curvas deben ser provistas por los fabricantes de equipos y busca
garantizar el buen funcionamiento o desempeño de sus equipos a partir de los valores
nominales de operación de los mismos, frente a la red de suministro a la cual se
conectaran.
Si deseamos establecer el impacto de un disturbio sobre la adecuada operación,
desempeño o en el peor de los casos la integridad de los equipos, bastara con sobreponer
las características del disturbio (magnitud residual vs duración) sobre la curva de
inmunidad característica del dispositivo. Tolos los disturbios que se encuentren dentro
de la envolvente dada por la curva de inmunidad del equipo o dispositivo garantizaría la
operación normal de los equipos (hardware), y el resultado que de la operación que de
este se derive reflejado en la calidad del producto (producto en proceso y terminado para
el caso de la industria manufacturera) e integridad de la información (para el caso de
sistemas de cómputo dedicados al almacenamiento)[1][37].
Cuando aplicamos las curvas de inmunidad, queremos identificar la aceptabilidad de
la potencia de suministro frente a las diferentes perturbaciones, identificando las zonas
de operación normal o aquellas que se encuentran por fuera de ellas.
Como se muestra en la Figura 5, las perturbaciones que se encuentren dentro de la
envolvente (Acceptable power) se encuentran dentro de las condiciones de operación
soportables por los equipo de tecnología de información (ETI); aquellas que se
encuentren en la zona superior (Overvoltage Conditions) serán susceptibles de sufrir daños,
debidas al debilitamiento del aislamiento de sus partes; aquellas que se encuentren por
debajo de la curva, sobre la zona inferior (Undervoltage conditions), serán susceptibles de
generar pérdidas de información o reflejar interrupciones en la operación de los equipos.
Capítulo 2. Conceptos y Definiciones 18
Figura 5: Curva de susceptibilidad CBEMA [1][37]
La respuesta a una perturbación en particular, depende de la sensibilidad de cada tipo
de equipo, es por ello que no podemos hablar de una única curva de inmunidad.
Figura 6: Comparación de curvas de inmunidad de equipos típicos
En la Figura 6 se relacionan algunas de las curvas de inmunidad típicas, las cuales se
deben aplicar según el tipo de equipos [16]:
curva ITI aplicable a equipos de cómputo,
la curva SEMI aplicable a semiconductores,
curvas de lámparas de sodio de alta presión,
19 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
variadores de velocidad y
controlador lógico programable – PLC,
La curva CBEMA resulta del desarrollo por parte de la “Computer Business Equipment
Manufacturers Association” para identificar las zonas de operación soportables por los
equipos de cómputo ante variaciones de la tensión, posteriormente la “Information
Technology Industry Council”, desarrolla a partir de la curva CBEMA, la curva ITI, la cual
amplia el espectro de soportabilidad para los equipos relacionados con tecnologías de la
información.
La Asociación Internacional de la Industria de semiconductores (SEMI), desarrollo
los documentos SEMI-F42 y SEMI-F47, los cuales especifican la soportabilidad a
variaciones de la tensión asociadas a los hundimientos de tensión para equipos de
fabricación de Semiconductores.
La elección de una curva de inmunidad específica, involucra en algunos casos la
exclusión o la contabilización de eventos, es por ello que a la hora de seleccionar una
curva de referencia se debe tener en cuenta su aplicabilidad al tipo de equipo o tecnología
asociada. A continuación se analizan bajo diferentes curvas de inmunidad (ver Figura 7,
Figura 8 y Figura 9) y un mismo punto de medida (PCC “Punto de conexión común”), 22
eventos registrados a través de un analizador de redes clase A:
Figura 7: Curva CBEMA aplicada al usuario en el PCC
Event Count: 22
Event Count CBEMA Lower Curve: 9
Event Count CBEMA Upper Curve: 0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 10 3
RMS Variation Magnitude Duration Scatter Plot
Electrotek/EPRI PQView®
Voltage M
agnitude (
pu)
Duration (s)
Capítulo 2. Conceptos y Definiciones 20
Figura 8: Curva ITIC aplicada al usuario en el PCC
Figura 9: Curva SEMI-F47 aplicada al usuario en el PCC
Las curvas CBEMA e ITIC frente a los mismos evento graficados sobre la curva
SEMI-F47, muestran una mayor sensibilidad; se puede apreciar que mientras que para la
curva CBEMA e ITIC se registran 9 y 7 eventos respectivamente por debajo de la
envolvente o zona segura de operación; los mismos eventos graficados sobre la curva
SEMI-F47, solo muestra un único evento por fuera de la zona tolerable del dispositivo,
como puede observarse en la Figura 9. Las figuras de referencia fueron procesada y
extraídas del software de calidad de la potencia con que cuenta el operador de red CHEC
para la gestión de la información de calidad. PQView® Power Quality data Analyzer.
Event Count: 22
Event Count ITIC Lower Curve: 7
Event Count ITIC Upper Curve: 0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 10 3
RMS Variation Magnitude Duration Scatter PlotPCC_USUARIO
Electrotek/EPRI PQView®
Voltage M
agnitude (
pu)
Duration (s)
Event Count: 22
Event Count SEMI F47 Curve: 1
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 10 3
RMS Variation Magnitude Duration Scatter Plot
Electrotek/EPRI PQView®
Voltage M
agnitude (
pu)
Duration (s)
21 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
En este sentido, si bien se debe trabajar con la curva de inmunidad correspondiente
para cada tecnología, la curva SEMI-F47 en este caso, es más exigente frente a las
características de soportabilidad de la carga que se analice.
2.4. Aspectos generales aplicables en Colombia
Algunos de los conceptos y términos anteriormente descritos, son de aplicación
generalizada a nivel académico y dependen de las consideraciones iniciales adoptados por
cada analista, es por ello importante considerar algunos aspectos normativos y
regulatorios que se pueden tratar en la presente guía y son de uso particular en nuestro
país en el sector eléctrico.
2.4.1. Punto de medición
Según la resolución CREG 038 de 2014[33], es el punto eléctrico en donde se mide
la transferencia de energía, el cual deberá coincidir con el punto de conexión.
En la actualidad, no siempre el punto de conexión coincide con el punto de medición;
por efectos prácticos y por requerimientos para la instalación de equipos analizadores de
red y otras medidas, se instalan los equipos donde se encuentre instalada la medida del
usuario. Ver Figura 10.
Figura 10: Punto de medición diferente al PCC
2.4.2. Punto de conexión
Según la resolución CREG 038 de 2014, el punto de conexión eléctrico corresponde
al punto donde los activos de conexión de un usuario o de un generador se conectan al
Capítulo 2. Conceptos y Definiciones 22
STN, a un STR o a un SDL, establecidos con el propósito de transferir energía eléctrica.
2.4.3. Activos de conexión
De acuerdo a la resolución CREG 070 de 1998[34], se refiere a aquellos activos que
se requieren para que un Generador, un Usuario u otro Transmisor, se conecte
físicamente al Sistema de Transmisión Nacional, a un Sistema de Transmisión Regional,
o a un Sistema de Distribución Local
CAPÍTULO 3
GUÍA METODOLÓGICA PROPUESTA
A a
En este capítulo se presenta la metodología para la realización de análisis de hundimientos de
tensión en sistemas de distribución, estructurada y soportado en tres fuentes principalmente; a) la
experiencia adquirida durante los últimos años en la atención de solicitudes desde el proceso de
ingeniería de la CHEC; b) recomendaciones para la realización de mediciones a partir de consultas
bibliográfica en estándares internacionales y otras fuentes de producción reconocida; y por último, no
por ello menos importante c) la inclusión de la metodología sugerida y recientemente aprobada por el
IEEE, a través del estándar IEEE 1564 de 2014. Esta última nos brinda herramienta que
permiten cuantitativamente valorar las condiciones en el punto de medida ante hundimientos de
tensión.
Capítulo 3. Guía Metodológica Propuesta 24
3. GUÍA METODOLÓGICA
PROPUESTA
CONTINUACIÓN se plantea la metodología para el análisis de hundimientos de
tensión a través de tres etapas, las cuales incluyen por cada una de ellas, las fases
para el desarrollo sistémico de la metodología propuesta
3.1. Metodología implementada
Los hundimientos de tensión y las interrupciones, son las perturbaciones de mayor
impacto en los usuarios del sistema; y de mayor sensibilidad entre los usuarios
comerciales e industriales; algunos efectos producidos por los hundimientos de tensión,
son: (a) interrupción o afectación de los procesos industriales, (b) interrupción en la
prestación del servicio, (c) pérdida de materia prima, (d) tiempo muerto de operación
debido al reinicio de procesos, entre otros[24].
El desarrollo de metodologías para estimar la frecuencia y características de los
hundimientos de tensión basados en el uso de herramientas computacionales y modelos
probabilísticos [25] ha sido la base de muchas investigaciones, sin embargo el método
para evaluar el comportamiento de los hundimientos de tensión, mediante la instalación
de equipos registradores en los puntos de interés continua siendo el más acertado, ya que
este considera datos reales tomados en sitio, los cuales reflejan la sensibilidad del punto
monitoreado ante cualquier fenómeno ocurrido sobre el sistema, sin embargo el tiempo
registro requerido para la evaluación de los hundimientos es muy prolongado comparado
con los tiempos de registro para la evaluación de otros parámetros asociadas a la calidad
de la forma de onda [26].
El siguiente flujograma propone secuencialmente la metodología para el análisis de
hundimientos de tensión en cualquier punto del sistema eléctrico de CHEC, basado en
A
25 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
un método determinístico a partir del uso de equipos analizadores de red.
Figura 11: Flujograma para el análisis de hundimientos de tensión
El flujograma describe la metodología, donde se introduce el uso del estándar IEEE
Std 1564-2014, como herramienta para evaluar la severidad de los hundimientos de
tensión en el punto de medida. Cada una de las etapas propuestas se describe en los
numerales siguiente, desagregadas por fases
Requerimiento para la realización de mediciones
Visita Tecnica al Sitio
Instalación de Equipo de medida
Obtención de registros de Forma de onda
Calculo de Severidad de cadahundimiento
Ultimo Registro(Hundimiento)
Calculo de Severidad del Punto de Medida
Fin
Inicio
SI
NO
Extracción de parametros de hundimiento
Etapa 1:Procedimiento para la Identificación y determinación
Etapa 2:Procedimiento para la aplicación de IEEE Std 1564-2014 IEEE Guide for Voltage Sag Indices
Analisis de información
Etapa 3:Analisis y diagnostico en el punto de medida
Fase 1
Fase 2
Fase 3
Fase 4
Fase 5
Fase 6
Fase 7
Fase 8
Capítulo 3. Guía Metodológica Propuesta 26
3.2. Etapa 1 - procedimiento de identificación de problemas.
3.2.1. Fase 1: requerimiento para la realización de mediciones
La obtención de la información necesaria para la realización de los análisis de
severidad de los hundimientos de tensión en un punto determinado del sistema eléctrico,
pueden tener diferentes orígenes; estos determinan en gran medida, la localización del
equipo analizador de redes, así como también las características de este en lo relacionado
a su clase[8]e instrumentación asociada. Dentro de las posibles causas que originan la
realización de las mediciones, podemos resaltar:
a) Petición, queja o reclamo interpuesta por un usuario:
En este sentido, los prestadores de servicios públicos domiciliarios, dando
cumplimiento a la Ley 142 de 1994, tienen la obligación a través de su oficina de
peticiones y recursos “…de recibir, atender, tramitar y responder las peticiones o
reclamos y recursos verbales o escritos que presenten los usuarios, los suscriptores o los
suscriptores potenciales en relación con el servicio o los servicios que presta dicha
empresa…”
Estas solicitudes se encuentran enmarcadas dentro de la legislación vigente que
aplican al derecho de petición [27] contemplado dentro de la constitución política de
Colombia [28] en el Artículo 23: “Toda persona tiene derecho a presentar peticiones
respetuosas a las autoridades por motivos de interés general o particular y a obtener
pronta resolución. El legislador podrá reglamentar su ejercicio ante organizaciones
privadas para garantizar los derechos fundamentales.”
Sin embargo, los tiempos de respuesta, se encuentran sujetos a los definidos en el
código contencioso administrativo [29] Artículo 14. Términos para resolver las distintas
modalidades de peticiones: “Salvo norma legal especial y so pena de sanción disciplinaria,
toda petición deberá resolverse dentro de los quince (15) días siguientes a su recepción.”
Sin embargo, estos tiempos no son suficientes para evaluar las condiciones de calidad
o impacto de los hundimientos de tensión, debido al comportamiento aleatorio de esta
perturbación en cuanto a su ocurrencia y fuente o causas que la pueden originar, es así
pues que en ocasiones
27 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
b) Acompañamiento técnico:
Surge de la necesidad, iniciativa o acuerdo de servicio establecido para la realización
de mediciones que permitan identificar las condiciones del servicio de manera preventiva
o por fallas manifestadas por el usuario y que afectan la normal operación de sus
instalaciones, este tipo de requerimiento se refiere a aquellas que se encuentran por fuera
de las obligaciones establecidas para los usuarios regulados.
c) Autocontrol por parte del operador de red o comercializador:
Como mecanismo de seguimiento a los indicadores asociados a la calidad de la forma
de onda, los operadores de red a través de su sistema de gestión de calidad de la potencia,
debe realizar el control de los indicadores establecidos regulatoriamente o bajo referentes
normativos nacionales o internacionales en su defecto.
d) Dictamen mandatorial solicitado por los entes de control:
Para el caso Colombiano, el Ministerio de Minas y Energía a través de la Comisión
Reguladora de Energía y Gas (CREG) como unidad administrativa realiza el control,
derogación, modificación y prospectiva regulatoria para los sectores de energía y gas; así
mismo la Superintendencia de Servicios Públicos Domiciliarios (SSPD), ejerce
inspección, vigilancia y control las entidades y empresas prestadoras de servicios públicos
domiciliarios, es por ello, que para el desarrollo de sus actividades pueden requerir de las
empresas prestadoras de servicios en el momento que consideren de la información,
estudios y otros reportes.
e) Estudios de Conexión para la conexión nuevas cargas:
La conexión de nuevas cargas al sistema, que por sus características puedan ser
capaces de emitir perturbaciones al sistema eléctrico o que por el contrario sean altamente
sensibles a estas perturbaciones; es por ello que se deben considerar criterios de diseño
más detallados, que permitan una mayor compatibilidad de las instalaciones frente a las
condiciones del sistema al cual se conecta, buscando minimizar el impacto de los
hundimientos de tensión hacia ambos lados de la red con respecto al punto de conexión.
Establecidas las razones iniciales por las cuales se debe adelantar las mediciones en
un punto específico del sistema, se debe recopilar seguidamente, la información básica
que permita establecer las limitaciones, alcances de las mediciones y posteriores análisis;
Capítulo 3. Guía Metodológica Propuesta 28
información básica que contribuirá entre otras, a la parametrización adecuada y correcta
operación de los equipos [8]. Esta recopilación de información relacionada con el entorno
del sistema, comprende entre otras:
Información del sistema eléctrico OR
- Subestación eléctrica del operador de red, asociada al circuito y punto de
conexión del usuario.
- Circuito al cual se encuentra conectado
- Nodo o punto de conexión:
- Tensión del punto de conexión:
- Valores Nominales del punto de medida (Tensión y Corriente):
- Nivel de corto circuito en el punto de conexión
- Unifilar del sistema o topología del sistema
Información del sistema eléctrico del Usuario:
De la medida:
- Comercializador del servicio de energía
- Medida Directa: Trifásico, Monofásico
- Semidirecta, indirecta
- Indirecta: A través de transformadores de potencial y de corriente, adicional a
esto el número de elementos de la conexión (tres elementos, dos elementos,
dos y medio elementos).
Del transformador del Usuario:
- Capacidad
- Tipo de conexión
- Nivel de corto circuito
- Tensiones de placa
De las cargas
29 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
- Banco de condensadores (Capacidad, Tensiones de placa, conexión)
- Identificación de cargas del usuario, en especial las cargas sensibles,
Generalidades
- Diagramas unifilares de las instalaciones del usuario actualizadas.
- Actividad económica del usuario:
- Reporte de incidentes: Esta información corresponde a las anomalías
reportadas por el usuario, y contribuyen en primera instancia a determinar las
posibles causas de las fallas en la calidad del servicio.
- Registros de tiempos de ocurrencia de los eventos, algunos usuarios del
sistema, acostumbran mediante bitácoras o equipos que cuentan con
funcionalidades de adquisición de eventos, controlar las horas de ocurrencia
de los eventos, para efecto de reclamaciones, garantías de equipos,
establecimiento de paradas y tiempos de reinicio; esta información para el
analista permite establecer la coincidencia de los eventos con los sistemas de
información con que cuenta el operador de red.
3.2.2. Fase 2: visita técnica al sitio
La vista técnica a las instalaciones del usuario contribuye entre otras, a la verificación
en sitio de las condiciones de la instalaciones donde se realizara la instalación del equipo
analizador de redes; así como también, permite realizar el primer acercamiento con el
usuario, donde se busca consultar al personal de mantenimiento, producción o
administrativo, sobre el tipo de fallas que presenta el usuario, y una descripción detallada
de los fenómenos físicos que se perciben. En la entrevista, es necesario identificar el
problema particular del usuario, es decir:
(a) ¿qué proceso presenta problemas dentro de la empresa?,
(b) ¿cuál(es) equipo(s) presenta(n) problemas en su operación?,
(c) ¿cuándo suele ocurrir el problema (intervalos de tiempo)?,
(d) ¿dónde está localizado el espacio que sufre la falla?,
Capítulo 3. Guía Metodológica Propuesta 30
(e) ¿quién interviene al momento de darle solución al problema?
Al dar respuesta a estas interrogantes, se pretende recopilar la experiencia del personal
que enfrenta la falla. La entrevista, permite definir si es necesario realizar una medición
al interior del usuario. Adicionalmente, es necesario llevar a cabo una revisión de las
instalaciones acompañado del personal de mantenimiento.
Dicha revisión, se lleva a cabo con los siguientes objetivos:
(a) verificación de las condiciones de conexión acorde con la normativa,
(b) identificación de cargas susceptibles de emitir perturbaciones dentro de las
instalaciones del usuario y
(c) obtener un registro fotográfico de las instalaciones, equipos y placas características.
3.2.3. Fase 3: instalación de equipo de medida
La instalación de equipos puede realizarse en diferentes puntos del sistema, los cuales
dependerán de los análisis realizados en los numerales anteriores 3.1 y 3.2.
Para llevar a cabo el proceso de medición, se plantea el uso de uno o varios equipos
localizados en puntos estratégicos dentro de las instalaciones del usuario, de acuerdo a
las necesidades identificadas previamente y la responsabilidad por parte del operador de
red.
Los posibles puntos de instalación que se pueden identificar, de acuerdo a la
normatividad y regulación vigente son:
- El punto de medida.
- El punto de conexión común,
- Tableros Generales o Bornes de transformadores en baja tensión.
- Tablero de distribución.
- Puntos de alimentación de cargas sensibles.
a) Tiempo de registro - ciclos de medida:
El tiempo de registro, se constituye como una de las variables relevantes para evaluar
31 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
la severidad de los hundimientos de tensión en cualquier punto del sistema. Al ser una
variable con una alta aleatoriedad en su ocurrencia, requiere largos tiempos de monitoreo,
de hasta 1 año; a diferencia de otros parámetros que en estado estable, como por ejemplo:
tensión, frecuencia, armónicos, parpadeos, desbalances de tensión, donde se recomienda
como mínimo periodos de registro de 1 semana, debido a que su comportamiento puede
caracterizarse dentro de los días laborales y fines de semana[8] en cualquier punto del
sistema eléctrico.
Si se cuenta [26] con los equipos para el monitoreo, para el registro de hundimientos
de tensión; existe una relación entre los periodos de registro, la ocurrencia de los
hundimientos de tensión y el nivel de exactitud esperada.
Tabla 2: Periodo de monitoreo necesario para obtener la precisión dada
FRECUENCIA DE EVENTOS PORCENTAJE DE PRECISIÓN
50% 10% 2%
1 por día 2 semanas 1 año 25 años
1 por semana 4 meses 7 años 200 años
1 por mes 1 año 30 años 800 años
1 por año 16 años 400 años 10000 años
Por tanto, los hundimientos y elevaciones de tensión en general requieren de ciclos
de medida prologados comparados con variables de estado estable, esto con el fin, de
recoger el mayor número de eventos para su análisis estadístico, estos pueden estar del
orden de meses como mínimo [8].
b) Selección del umbral de tensión:
A partir de este parámetro específico, se detectará el comienzo y el final de los
hundimientos de tensión, habitualmente se expresa a partir de la tensión residual dada en
porcentaje o por unidad. Las tensiones normalizadas dentro del sistema de distribución
de CHEC, de acuerdo al manual de normas de diseño y construcción - generalidades,
numeral 2.10. Características del sistema CHEC son:
Tabla 3: tensiones normalizadas dentro del sistema de distribución de CHEC
NIVEL TENSIÓN NORMALIZADA
Alta tensión 115 KV
Media tensión 33 Y 13,2 KV
Baja tensión 208/120, 240/120, 220/127 V
Capítulo 3. Guía Metodológica Propuesta 32
El proyecto de resolución CREG 065 de 2012, numeral 1.5 Hundimiento de tensión,
indica: “Para el caso de mediciones de hundimientos de tensión en el nivel de tensión 1
se debe utilizar como referencia la tensión nominal en lugar de la tensión deslizante”
Para el caso Colombiano, la CREG a través de la resolución CREG 024 de 2005,
estableció el uso de la tensión de referencia deslizante Usr para los equipos instalados en
las barras de las subestaciones de los niveles de Tensión 4, 3 y 2. Y su metodología de
cálculo debe ser conforme a lo establecido por el estándar IEC 61000-4-30 (2003-02),
aplicada para los equipos clase A. Un evento sobre la red de alta tensión, puede verse
reflejado a través un hundimiento de tensión en diferentes partes del sistema y en
diferentes niveles de tensión, ocasionando esto diferentes tensiones residuales, este
fenómeno puede explicarse, debido a que las tensiones precedentes a los huecos en los
diferentes puntos, variarán según el tipo de conexión de los transformadores de potencia
y distribución conectados al sistema [25].
Cuando el propósito de las mediciones, requiere de la evaluación comparativa de los
hundimientos de tensión en diferentes puntos de la red, con tensiones diferentes, pero
se encuentran afectados por un evento en común, (un cortocircuito o el enganche de
una carga mayor al sistema por ejemplo), se recomienda el uso de esta referencia
deslizante Usr. En otros casos especiales la tensión de referencia puede ser pactada entre
el operador de red y el usuario, en el caso particular del proyecto de resolución CREG
065 de 2012 numeral 1.5 Hundimiento de tensión, indica: “Cuando exista un acuerdo
entre un usuario y el OR se utilizará la tensión declarada en el punto de conexión como
referencia para determinar la existencia de hundimientos de tensión”. Es así pues que a
partir de los umbrales de referencia seleccionados, puede variar el inicio y el final de los
hundimientos de tensión [5].
3.3. Etapa 2 - procedimiento de aplicación IEEE Std1564-2014
Después de realizadas las mediciones de las variaciones de valores eficaces en las
formas de onda de tensión, se procede al análisis de la información obtenida bajo el
estándar IEEE Std. 1564-2014, el cual presenta una metodología para el cálculo de la
severidad de los hundimientos de tensión [12].
Al poder determinar la severidad de los hundimientos de tensión, podemos también
establecer la calidad de la tensión en otras ubicaciones del sistema, tales como
33 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
subestaciones, puntos de conexión común o puntos de medida [13].
Ante la ausencia de indicadores de parámetros tan sensibles como son los
hundimientos de tensión, el cálculo de la severidad a través de un referente normativo
vigente internacional como es el estándar IEEE Std 1564, se convierte en una
herramienta útil para la valoración en cualquier punto del sistema, permitiendo su
identificación, cuantificación y cualificación, en la forma en que puedan afectar los
procesos industriales y de servicio [14].
El cálculo, se realiza sobre registros de eventos almacenados en un periodo de tiempo
determinado. Para cada hundimiento, debe calcularse la severidad. Posteriormente se
calcula la severidad en subestación o punto de medida, como el aporte total de cada
hundimiento de tensión a través de su severidad.
3.3.1. Fase 4: obtención de registros de forma de onda
La obtención de información asociada a la forma de onda antes, durante y después
de ocurrido el hundimiento de tensión, es el insumo inicial para el cálculo análisis y
evaluación, a partir de los umbrales de tensión aplicados al momento de la
parametrización de los equipos analizadores de red, o del sistema de gestión de la calidad
de la potencia de acuerdo al numeral b).
Figura 12: Registro del hundimiento de tensión (formas de onda)
Por ejemplo, para el hundimiento de tensión mostrado en la forma de onda de la
-10000
-8000
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000
10000
-0,04 -0,02 0 0,02 0,04 0,06 0,08
PSO23L13 - 14/12/2014 12:35:10,7781
Electrotek/EPRI PQView®
Voltage (
V)
Time (s)
Va Vb Vc
Capítulo 3. Guía Metodológica Propuesta 34
Figura 12, se muestran sus valores instantáneos, y en la Figura 13, calculados en una
ventana de un ciclo y actualizado cada medio ciclo.
Figura 13: Registro del hundimiento de tensión (valores eficaces)
A partir de los valores capturados y calculados de los valores instantáneos se extraen
los parámetros del hundimiento (magnitud y duración) para su etapa siguiente de
procesamiento.
3.3.2. Fase 5: extracción de parámetros de hundimiento
Después de registrados los eventos relacionados con las variaciones rms de la tensión
asociados exclusivamente a los hundimientos de tensión, (separando las elevaciones de
la tensión de los hundimientos) se procede a la extracción de los parámetros del mismo
(magnitud del hundimiento o tensión residual y duración), para este fin, se adopta el
procedimiento simplificado definido para campañas de medidas con propósitos
estadísticos [31]:
a) Se considera los hundimientos registrados, como si fueran sólo eventos de
profundidad única. Para cada hundimiento se registra, La tensión residual es la
tensión más baja que se produce durante el evento.
b) La duración, se mide a partir del instante en que la tensión cae por debajo del
umbral inicial, hasta aquél en el que llega a ser igual o mayor que el umbral final.
En los sistemas monofásicos, los hundimientos de tensión inician cundo la
5600
5800
6000
6200
6400
6600
6800
7000
7200
7400
7600
-0,10 -0,05 0 0,05 0,10 0,15
PSO23L13 - 14/12/2014 12:35:10,7781
Electrotek/EPRI PQView®
Voltage (
V)
Time (s)
Va Vb Vc
35 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
tensión Urms, se cae por debajo del umbral establecido, y termina cuando este se
restablece al valor igual o superior al umbral del hundimiento más la histéresis de
tensión.
En sistemas polifásicos inicia el hundimiento de tensión, cuando en una o más
de las fases del sistema, la tensión Urms cae por debajo del umbral y termina cuando
la totalidad de las tensiones de cada una de las fases, es igual o superior al umbral
definido más la tensión de histéresis [8].
Los parámetros para el hundimiento de tensión obtenidos para el evento registrado y
mostrado en la Figura 12 y la Figura 13, se presentan como sigue, se extrae el evento con
mayor severidad en este caso fue presenciado sobre la fase C
Tabla 4: Parametros de hundimiento tomados a partir del evento
NOMBRE DEL
SITIO
ESTAMPA DE
TIEMPO FASE
MAGNITUD [kV]
MAGNITUD [pu]
DURATION (S)
DURACIÓN (CYC)
PSO23L13 14/12/2014
12:35:10,7781 C 5,588 0,745 0,042 2,5
3.3.3. Fase 6: cálculo de severidad de cada hundimiento
De acuerdo con el estándar IEEE 1564-2014 el cálculo de severidad de cada uno de
los hundimientos de tensión registrados, se realiza a partir de la tensión residual dada en
por unidad; y de acuerdo a la duración del hundimiento se comparada con la tensión de
una curva de referencia.
1
1e
curve d
VS
V
(3)
Donde
V es la tensión residual en pu
Vcurve magnitud de la tensión para curva de referencia.
La duración del hundimiento de tensión en combinación de una curva de referencia
(CBEMA, ITI, SEMI-) permite identificar gráficamente la condición del hundimiento
frente a los otros eventos ocurridos y su influencia frente a la operación normal de un
equipo que corresponda a la curva de referencia seleccionada. La curva SEMI-F47, se
Capítulo 3. Guía Metodológica Propuesta 36
recomienda en principio por el estándar IEEE 1564 de 2014, sin embargo su elección su
supedita el uso de otras curvas de referencia
Figura 14: Curva de referencia SEMI--F47
El estándar IEEE 1564 de 2014, cuando se utiliza la curva SEMI--F47 aplica un
algoritmo el cual varía dependiendo de la duración de cada hundimiento de tensión. En
la Tabla 5 se listan los datos para calcular la severidad utilizando la curva SEME-F47.
Tabla 5: Datos para calcular la severidad usando la curva SEMI--F47
RANGO DE DURACIÓN CALCULO DE LA SEVERIDAD
T ≤ 20 MS Se = 1 – V
20 MS < T ≤ 200 MS Se = 2 • (1 – V)
200 MS < T ≤ 500 MS Se = 3.3 • (1 – V)
500 MS < T ≤ 10 S Se = 5 • (1 – V)
T > 10 S Se = 10 • (1 – V)
Para cada uno de los eventos registrados, se debe validar la duración del evento antes
de realizar el cálculo de severidad de cada hundimiento, teniendo en cuenta que, si la
duración del evento está dado en ciclos, esta se debe convertir a milisegundos [ms]. De
igual forma se deben extraer aquellos eventos que no son considerados como
hundimientos de tensión, como son las interrupciones y las elevaciones de la tensión.
Calculados los índices de severidad para cada evento y basados en la curva SEMI-
F47, se considera que valores de severidad por debajo de 1, se encuentran dentro de la
zona de operación de los equipos. Para un valor de severidad mayor que uno, estos
hundimientos pueden generar la interrupción del equipo. Para valores iguales a 1, el
hundimiento esta sobre el límite de operación-interrupción
Duración (segundos)
Ten
sió
n R
esid
ual
37 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
3.3.4. Fase 7: cálculo de severidad del punto de medida
A partir del cálculo de severidad realizado para cada uno de los eventos registrados,
se puede evaluar entonces, la severidad en el punto de medida, este puede estar asociado
a la barras de la subestación, a un circuito o alimentador, al punto de conexión o punto
de medida de un usuario o cualquier punto del sistema, siempre y cuando cuente este,
con los equipos de medida en el punto.
El estándar IEEE Std 1564, presenta dos indicadores de severidad, a partir de los
cuales se pueden obtener las condiciones de cada punto de medida.
a) La severidad total del hundimiento de tensión (Se_sitio), puede determinarse a partir
de la severidad de los hundimientos de tensión individuales, como la sumatoria
de cada uno de los hundimientos de tensión:
_ 1
1
N
e sitio e
i
S S
(4)
b) El promedio de la severidad del hundimiento de tensión (Se_prom), calculado como
se muestra a continuación:
_
_
e sitio
e prom
SS
N (5)
Donde
N es el número total de hundimientos de tensión para un periodo de tiempo
I es el número de hundimiento de tensión.
Usualmente, estos indicadores de severidad son obtenidos dentro de un periodo
de tiempo significativo, un mes o un año [12]
c) El estándar IEEE 1564 de4 2014, también considera el número de hundimientos
de tensión promedio cada 30 días (N30), este parámetro es de gran relevancia
cuando se pretende evaluar información con periodos de registros de varios
meses, como es el caso actual del SDL de CHEC, este valor es calculado a partir
de la siguiente ecuación:
Capítulo 3. Guía Metodológica Propuesta 38
30 30medida
NN
T (6)
Donde
Tmedida es el periodo total
N es el número total de hundimientos registrados. Este valor permite
comparar varios periodos de tiempo en una medida normalizada [8]
3.4. Etapa 3 - análisis de resultados y conclusiones
Basados en el procesamiento de los registros obtenidos a partir de las mediciones
realizadas y obtenidos de las bases de datos existente, se procede a la realización de los
análisis a partir de los valores de referencia, teniendo en cuenta los umbrales para la curva
de inmunidad de referencia, en este caso aplicaremos la curva SEMI-F47, como se indica
en la Figura 14.
Dentro de los mismos análisis de resultados, la aplicación y presentación de la curva
de inmunidad con las perturbaciones correspondientes al periodo de evaluación permite
de manera gráfica la interpretación de los resultados.
Para el análisis de hundimientos de tensión, la clasificación de información por
periodos de tiempo (semanas, meses o años), permite realizar análisis de información de
manera comparativa entre días tipo, entre meses e incluso entre años de ser posible contar
con la suficiente información.
La realización de análisis comparativos entre el sitio Se_sitio o el punto de medida de
usuarios y las condiciones del alimentador o la barra de la subestación, permiten comparar
al operador de red frente a las condiciones del usuario.
39
CAPÍTULO 4
APLICACIÓN EN CASOS PRÁCTICOS
A a
En este capítulo se presenta la metodología para la realización de análisis de hundimientos de
tensión en sistemas de distribución, estructurada y soportado en tres fuentes principalmente; a) la
experiencia adquirida durante los últimos años en la atención de solicitudes desde el proceso de
ingeniería de la CHEC; b) recomendaciones para la realización de mediciones a partir de consultas
bibliográfica en estándares internacionales y otras fuentes de producción reconocida; y por último, no
por ello menos importante c) la inclusión de la metodología sugerida y recientemente aprobada por el
IEEE, a través del estándar IEEE 1564 de 2014. Esta última La cual brinda herramienta
que permiten cuantitativamente valorar las condiciones ante hundimientos de tensión en el punto de
medida.
Capítulo 4. Aplicación en Casos Prácticos 40
40
4. APLICACIÓN EN CASOS
PRÁCTICOS
E PRESENTAN a continuación, los resultados de las mediciones realizadas de
manera práctica, haciendo referencia a cada una de las etapas y sus fases, con el
propósito de mostrar la aplicabilidad y la coherencia de la guía metodológica planteada.
4.1. Escenario #1 – mediciones en un usuario comercial
Aplicación de la fase 1:
Las mediciones al usuario se dan a partir de una solicitud realizada por el mismo al
operador de red CHEC, y estas se encuentran relacionadas con problemas relacionados
con la calidad del servicio, asociados a variaciones en la tensión, lo que se enmarca dentro
del literal a) Petición, queja o reclamo interpuesta por un usuario [35].
La información preliminar recopilada desde la bases de datos de CHEC, permite
establecer características preliminares sobre el usuario y la red a la cual se encuentra
conectado, tal como se muestra en la Tabla 6.
Tabla 6: Información del sistema eléctrico en el escenario #1
INFORMACIÓN BÁSICA DEL OR DATOS
Subestación eléctrica del operador de red Peralonso 13.2 kV
Código del circuito PSO23L13 - Galán
Nodo o punto de conexión del usuario. M518XX
Tensión de referencia del punto de conexión del Usuario. 13,20 kV
Numero de fases 3
El usuario se conecta a un circuito de distribución con una topología 90% aérea y
10% subterránea a 13.2 kVLL. Este circuito, dedica su carga en un 70% a usuarios
comerciales y el 30% restante a usuarios residenciales. Su topología es radial aunque
permite la redistribución o traslado de cargas con otras subestaciones; el 90% de su
S
41 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
distribución es urbana y el 10% restante se extiende en la zona rural.
Figura 15: Vista topológica del circuito en el escenario #1
En laFigura 15 se muestra la topología del circuito al cual se encuentra conectado el
usuario comercial del escenario #1, mientras que en la Tabla 7 se lista la información del
sistema eléctrico de dicho usuario.
Tabla 7: Información del sistema eléctrico del usuario en el escenario #1
INFORMACIÓN BÁSICA DEL USUARIO DATOS
Comercializador del servicio de energía EMGXXX
Tipo de Medida Indirecta
Transformadores de Potencial
Numero de Transformadores de Potencial 3
Voltaje Primario 13200 V
Voltaje Secundario 120 V
Relación o Factor 110
Transformadores de Corriente
Numero de Transformadores de Potencial Corriente 3
Corriente Primaria 20-40
Corriente Secundaria 5
Relación o Factor (20/5): 4
Capacidad del Transformador 400 kVA
Tipo de Fabricación Seco
Tipo de conexión DYn5
Nivel de corto circuito 19,26 kA (Secundario)
Tensiones de placa
Tensión primaria 13200 V
Tensión secundaria 216/124,70
Numero de posiciones del cambiador de tomas 5
Posición Actual 3 (Nominal)
Aplicación de la fase 2:
Consolidada la información anterior y de acuerdo al numeral 3.2, se recopila
Capítulo 4. Aplicación en Casos Prácticos 42
42
información complementaria a través de registros fotográficos y entrevista al usuario al
personal operario o de mantenimiento (ver Figura 16).
Figura 16: Datos de la subestación del usuario en el escenario #1
Otro dato complementario es la información de las cargas. Esta información se
relaciona en la Tabla 8.
Tabla 8: Información de cargas del usuario en el escenario #1
CARGAS DEL USUARIO DESCRIPCIÓN
Regulada: A través de la UPS de 15KVA Equipos de Computo
Televisores LCD Cargas burbuja Juan Valdez
No Regulada: Equipos de Proyección por cada sala.
Sistema de sonido por cada sala Equipos de Aires acondicionados.
En entrevista con el usuario, este manifiesta que se vienen presentando “apagones
muy cortos” los cuales afectan la normal operación del usuario, para lo cual el usuario
provee información sobre los apagones registrados por la unidad de adquisición del
equipo UPS.
Aplicación de la fase 3:
Atendiendo la metodología propuesta, se procede a la instalación de un equipo
analizador de redes, de acuerdo a lo indicado en el numeral 3.2.3, en el punto de medida
del usuario, donde se encuentra instalada la medida comercial (nivel 2 de tensión) [33],
donde se verifica las condiciones de seguridad e información de los equipos de medida
asociados (ver Figura 17).
43 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
Figura 17: Punto de medida del usuario en el escenario #1
Las mediciones se realizan por un periodo de 36,99 días, teniendo en cuenta para ello
el numeral a) Tiempo de registro - ciclos de medida.
Tabla 9: Periodo de registro en el escenario #1
INFORMACIÓN VALOR
Fecha inicial de mediciones 23/03/2011 11:40
Fecha final de mediciones 29/04/2011 11:20
Periodo total de registro 36,99 días
El umbral de tensión seleccionado para el análisis, se establece a partir de las tensiones
normalizadas por CHEC para sus sistemas de media tensión, la tensión nominal del
sistema Un de 7620 VLN calculada a partir de la tensión 13200 VLL, declarada para el
punto de conexión.
Aplicación de las fases 4 a 6:
Se realiza el análisis de información, aplicando el estándar IEEE Std 1564-2014, y
usando como referencia la curva SEMI-F47 y su algoritmo para el cálculo de la severidad
Capítulo 4. Aplicación en Casos Prácticos 44
44
por cada evento, pero antes de realizar el cálculo, se debe verificar o filtrar los eventos
que si corresponden a hundimientos de tensión, de aquellos que no (elevaciones e
interrupciones), obteniéndose los siguientes resultados. Así mismo, de 48 eventos
asociados a variaciones de la tensión eficaz, 27 de ellos califican con hundimientos de
tensión; los 21 eventos restantes corresponden a interrupciones, al presentar tensiones
residuales inferiores al 0,1 pu (ver Tabla 10).
Tabla 10: Valores de severidad individual para el escenario #1
FASE 4 FASE 5 FASE 6
Evento Fecha del registro Fase Magnitud Duración Curva SEMI-F47
kV p.u. segundos ciclos Cálculo Severidad
1 28/03/2011 13:08:24,8755 C 6,422 0,892 0,033 2,0 2*(1-V) 0,2162
2 29/03/2011 12:18:44,3253 C 6,276 0,872 0,092 5,5 2*(1-V) 0,2568
3 29/03/2011 17:44:33,9088 A 1,311 0,182 0,167 10,0 2*(1-V) 1,6358
4 30/03/2011 16:46:38,6497 B 6,068 0,843 0,084 5,0 2*(1-V) 0,3144
5 30/03/2011 17:31:38,9167 A 2,747 0,381 0,217 13,0 3,3*(1-V) 2,0411
6 02/04/2011 10:22:24,0083 B 6,106 0,848 0,075 4,5 2*(1-V) 0,3040
7 03/04/2011 17:16:11,4672 C 6,469 0,898 0,067 4,0 2*(1-V) 0,2030
8 04/04/2011 14:16:44,6664 B 6,174 0,857 0,067 4,0 2*(1-V) 0,2851
9 07/04/2011 08:06:14,9829 C 5,214 0,724 0,100 6,0 2*(1-V) 0,5515
10 07/04/2011 17:28:57,4663 A 4,239 0,589 0,184 11,0 2*(1-V) 0,8226
11 08/04/2011 07:13:15,9160 C 2,725 0,378 0,217 13,0 3,3*(1-V) 2,0512
12 08/04/2011 07:44:05,4169 A 6,351 0,882 0,075 4,5 2*(1-V) 0,2357
13 10/04/2011 02:43:58,9078 A 6,024 0,837 0,084 5,0 2*(1-V) 0,3266
14 10/04/2011 16:16:28,4666 B 6,185 0,859 0,092 5,5 2*(1-V) 0,2821
15 13/04/2011 15:35:25,1668 C 6,239 0,867 0,017 1,0 (1-V) 0,1335
16 14/04/2011 13:27:34,5833 B 4,024 0,559 0,117 7,0 2*(1-V) 0,8822
38 15/04/2011 12:59:06,9754 A 5,785 0,803 0,075 4,5 2*(1-V) 0,3930
39 15/04/2011 18:02:04,3911 B 6,455 0,897 0,050 3,0 2*(1-V) 0,2070
40 18/04/2011 12:53:37,8163 C 5,133 0,713 0,083 5,0 2*(1-V) 0,5741
41 19/04/2011 18:42:03,7831 C 3,648 0,507 0,158 9,5 2*(1-V) 0,9865
42 19/04/2011 19:12:30,8835 A 5,770 0,801 0,092 5,5 2*(1-V) 0,3973
43 20/04/2011 15:38:16,5917 A 4,310 0,599 0,167 10,0 2*(1-V) 0,8029
44 23/04/2011 13:52:47,5415 B 4,273 0,593 0,291 17,5 3,3*(1-V) 1,3417
45 26/04/2011 13:23:38,4831 A 5,637 0,783 0,067 4,0 2*(1-V) 0,4342
46 26/04/2011 13:58:47,7750 A 5,168 0,718 0,067 4,0 2*(1-V) 0,5643
47 26/04/2011 14:12:52,0084 A 6,476 0,899 0,033 2,0 2*(1-V) 0,2010
48 29/04/2011 00:37:19,2500 A 4,642 0,645 0,225 13,5 3,3*(1-V) 1,1725
45 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
Aplicación de la fase 7:
Para determinar la severidad en el punto de medida, podemos calcular la severidad
total de los hundimientos de tensión (Se_sitio) y el promedio de la severidad del
hundimiento de tensión (Se_prom),
Tabla 11: Valores de severidad en el punto de medida del escenario #1
HUNDIMIENTO DE TENSIÓN SEVERIDAD SEGÚN SEMI-F47
Caso Total Eventos Se_sitio Se_prom N30
Usuario_Escenario 1 27 17,6163 0,6524 21,8918
Aplicación de la fase 8:
Trasladando a un gráfico de dispersión, los eventos registrados de cada hundimiento
y basados en la curva de referencia SEMI-F47, se obtiene:
Figura 18: Curva SEMI-F47 para el usuario en el escenario #1
De acuerdo a la curva de referencia mostrada en la Figura 18 y los valores de severidad
obtenidos a través del algoritmo para la curva SEMI-F47, mostrados en la Tabla 11, se
observa que 5 de los eventos registrados (Se > 1,0), tienen una alta probabilidad de
ocasionar paradas o problemas en la operación de los equipos, los demás eventos (22
hundimientos) se encuentran dentro de los valores de severidad admisibles bajo la curva
SEMI-F47 (Se < 1,0), sin embargo esto no implica que el equipo o el proceso que se
Capítulo 4. Aplicación en Casos Prácticos 46
46
realiza no se verá afectado.
En atención a la solicitud del usuario y evaluando los registros capturados durante el
periodo de medida, frente al estándar IEEE 1564 de 2014, los índices de severidad
promedio calculados, se encuentran conforme a los valores de referencia (Se < 1,0) con
Se_prom=0,6524, esto usando como referencia, la curva SEMI-F47
De acuerdo a los cálculos obtenidos, y los valores de referencia obtenidos a través de
la metodología propuesta bajo el estándar IEEE 1564, los índices de severidad promedio
en el punto de medida, se encuentran conforme y por debajo del umbral de interrupción.
El cálculo del número de hundimientos de tensión promedio cada 30 días (N30), cobra
mayor relevancia cuando se cuentan con registros de otros meses, para realizar
comparaciones entre ellos; sin embargo para este primer caso, se puede indicar a través
de este, que el promedio de eventos asociados a hundimientos de tensión cada 30 días se
encuentra en 22 hundimientos aproximadamente.
4.2. Escenario #2 – mediciones en una subestación del OR
Aplicación de la fase 1:
Siendo de interés para el presente trabajo y considerando la alta sensibilidad del
usuario frente a este tipo de perturbaciones, se considera que las presentes mediciones y
los análisis que de este se deriven hacen parte de las medidas de autocontrol, las cuales le
permiten realizar el seguimiento a los indicadores asociados a la calidad de la forma de
onda en el punto de medida del usuario y la barra de la subestación a la cual se encuentra
conectado el usuario, a través del alimentador de media tensión [11].
Información preliminar recopilada desde la bases de datos de CHEC, permite
establecer características preliminares sobre el usuario y la red de media tensión y la
subestación a la cual se encuentra conectado.
Tabla 12: Información del sistema eléctrico en el escenario #2
INFORMACIÓN BÁSICA DEL OR DATOS
Subestación eléctrica del operador de red Peralonso 13.2 kV
Código del circuito PSO23L13 - Galán
Nodo o punto de conexión del usuario. M518XX
Tensión de referencia del punto de conexión del Usuario. 13,20 kV
Numero de fases 3
47 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
De la subestación del operador de red CHEC Peralonso, se deriva el circuito de media
tensión 13,2 kV, al que está conectado el usuario al Nodo M518XX
El circuito de distribución cuenta con una topología 90% aérea y 10% subterránea a
13.2 kVLL. Este circuito, dedica su carga en un 70% a usuarios comerciales y el 30%
restante a usuarios residenciales. Su topología es radial aunque permite la redistribución
o traslado de cargas con otras subestaciones; el 90% de su distribución es urbana y el
10% restante se extiende en la zona rural.
Figura 19: Diagrama unifilar del circuito en el escenario #2
Aplicación de la fase 2:
Consolidada la información anterior y de acuerdo al 3.2, se recopila información
complementaria a través de registros fotográficos y entrevista al usuario, al personal
Capítulo 4. Aplicación en Casos Prácticos 48
48
operario o de mantenimiento.
Tabla 13 Información del sistema eléctrico del usuario en el escenario # 2
INFORMACIÓN BÁSICA DEL USUARIO DATOS
Información de la Medida
Comercializador del servicio de energía EPM
Tipo de Medida Indirecta
Transformadores de Potencial
Numero de Transformadores de Potencial 3
Voltaje Primario 13200 V
Voltaje Secundario 120 V
Relación o Factor 110
Transformadores de Corriente
Numero de Transformadores de Potencial Corriente 3
Corriente Primaria 30-15
Corriente Secundaria 5
Relación o Factor (30/5): 6
Información de la Subestación
Capacidad del Transformador 630kVA
Tipo de Fabricación Seco
Tipo de conexión DYn5
Nivel de corto circuito 28,57 kA (Secundario)
Zcc % No Disponible
Tensiones de placa
Tensión primaria 13200 V
Tensión secundaria 216/124,70
Cambiador de Tomas
Numero de posiciones 5
Posición Actual 2-3 (Nominal)
Figura 20: Subestación de media tensión y baja tensión en el escenario #2
La subestación del usuario al interior de sus instalaciones, cuenta con 1 transformador
tipo seco de 630 kVA (ver Figura 21), este abastece el servicio de las zonas comunes de
la edificación
49 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
Figura 21: Transformador 630 kVA del usuario en el escenario #2
Las cargas mas representativas del usuario se listan en laTabla 14.
Tabla 14: Información de cargas del usuario en el escenario #2
TIPO DE CARGA NÚMERO DE
EQUIPOS CAPACIDAD NOMINAL
DEL EQUIPO TOTAL
Escaleras Eléctricas 4 9 kVA 36 kVA
Rampas (fp=0,85) 6 8 kW 56 kVA
Escaleras N1 8 12 kVA 96 kVA
Ascensores (fp=0,85) 4 15 kW 71 kVA
Bombas 1 40 kVA 40 kVA
Extractores (fp=0,85) 1 40 kW 47 kVA
Aire Acondicionado 1 100 kVA 100 kVA
Serv. Comunes 1 235 kVA 235 kVA
Total de la carga antes de FD 681,1 kVA
Aplicación de la fase 3:
Consecuentes con la metodología propuesta, se procede a la instalación de un equipo
analizador de redes en el punto de medida del Usuario, esta se encuentra conectada al
nivel 2 de tensión [34], donde se verifica las condiciones de seguridad e información de
los equipos de medida asociados (ver Figura 22).
Las mediciones se realizan por un periodo de 13,94 días, aunque los tiempos de
registró en el punto de medida del usuario no son los ideales con respectos a lo
recomendado por el estándar, se realizan análisis sobre estos:
Tabla 15: Periodo de registro en el escenario #2
INFORMACIÓN VALOR
fecha inicial de mediciones 26/11/2014 09:58
fecha final de mediciones 10/12/2014 08:39
periodo total de registro 13,94 días
Capítulo 4. Aplicación en Casos Prácticos 50
50
Figura 22: Punto de medida del usuario en el escenario #2
El umbral de tensión seleccionado para el análisis, se establece a partir de las tensiones
normalizadas por CHEC para sus sistemas de media tensión, la tensión nominal del
sistema Un de 7620 VLN calculada a partir de la tensión 13200 VLL, declarada para el
punto de conexión.
Figura 23: Monitoreo en la subestación del OR en el escenario #2
Para realizar el análisis comparativo de la información del usuario versus la
información del operador de red CHEC en la subestación, se verifica la existencia y
correcta operación del equipo analizador de redes, ver Figura 23; de igual forma se
verifica la existencia de históricos de los registros, en la base de datos del sistema de
gestión de la calidad de la potencia. Los datos utilizados fueron adquiridos a partir del
51 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
sistema de gestión de calidad de la potencia eléctrica de CHEC y el periodo evaluado, se
realizó desde el 01/01/2012 al 31/12/2014. Los equipos de medida y los procedimientos
de medición están acorde con la normatividad [8],[18]. La tensión de referencia en la
subestación, se encuentra parametrizada con la tensión de referencia deslizante Usr, de
conformidad con lo establecido en la regulación vigente [22] y [8].
Aplicación de las fases 4 a 6
El análisis de información, se realiza aplicando el estándar IEEE Std 1564-2014, y
usando como referencia la curva SEMI-F47 y su algoritmo para el cálculo de la severidad
por cada evento, pero antes de realizar el cálculo, se debe verificar o filtrar los eventos
que si corresponden a hundimientos de tensión, de aquellos que no (elevaciones e
interrupciones), obteniéndose los siguientes resultados
Tabla 16: Valores de severidad individual para el usuario en el escenario #2
FASE 4 FASE 5 FASE 6
Evento Fecha del registro Fase Magnitud Duración Curva SEMI-F47
kV p.u. segundos ciclos Cálculo Severidad
1 26/11/2014 21:07:40,8743 A 6,753 0,886 0,067 4,0 2*(1-V) 0,2278
2 27/11/2014 19:57:14,7672 A 6,704 0,880 0,117 7,0 2*(1-V) 0,2408
3 27/11/2014 20:04:49,8164 A 6,630 0,870 0,158 9,5 2*(1-V) 0,2601
4 27/11/2014 21:04:19,3417 A 6,537 0,858 0,150 9,0 2*(1-V) 0,2845
5 29/11/2014 03:45:44,2333 A 5,592 0,734 0,109 6,5 2*(1-V) 0,5326
6 30/11/2014 01:04:31,4667 A 6,605 0,867 0,058 3,5 2*(1-V) 0,2668
7 30/11/2014 08:53:13,1000 A 1,146 0,150 0,242 14,5 3,3*(1-V) 2,8036
8 30/11/2014 13:14:19,0250 A 6,833 0,897 0,050 3,0 2*(1-V) 0,2069
9 01/12/2014 23:55:52,0250 C 5,067 0,665 0,108 6,5 2*(1-V) 0,6704
10 02/12/2014 13:39:45,9334 A 6,425 0,843 0,067 4,0 2*(1-V) 0,3139
11 03/12/2014 06:50:22,6752 C 5,148 0,676 0,100 6,0 2*(1-V) 0,6490
12 03/12/2014 12:56:46,5169 B 5,292 0,694 0,117 7,0 2*(1-V) 0,6112
13 04/12/2014 21:46:17,0167 A 4,707 0,618 0,108 6,5 2*(1-V) 0,7647
14 06/12/2014 13:14:23,9503 C 6,814 0,894 0,017 1,0 (1-V) 0,1059
15 07/12/2014 18:18:41,6080 A 6,857 0,900 0,050 3,0 2*(1-V) 0,2005
16 07/12/2014 18:27:04,7834 A 6,816 0,894 0,100 6,0 2*(1-V) 0,2112
17 07/12/2014 18:36:44,4837 B 6,846 0,898 0,125 7,5 2*(1-V) 0,2035
18 09/12/2014 01:10:52,8494 B 4,973 0,653 0,117 7,0 2*(1-V) 0,6950
19 09/12/2014 01:20:21,2083 A 6,521 0,856 0,225 13,5 3,3*(1-V) 0,4762
20 09/12/2014 03:45:17,4415 A 5,403 0,709 0,100 6,0 2*(1-V) 0,5821
21 09/12/2014 20:48:20,9243 C 6,457 0,847 0,067 4,0 2*(1-V) 0,3056
22 10/12/2014 07:37:21,3498 B 4,577 0,601 0,100 6,0 2*(1-V) 0,7988
En el caso de la información de registros en la subestación, para la barra de 13,2 kV,
esta consolida un total de 1629 registros de variaciones de valor eficaz durante los 3 años,
incluyendo hundimientos de tensión, elevaciones e interrupciones. A partir de estos
Capítulo 4. Aplicación en Casos Prácticos 52
52
registros, se extrajeron aquellos pertenecientes únicamente a hundimientos de tensión.
De los 1629 registros, un total de 1618 son hundimientos de tensión. Para los cuales, se
dispone de información sobre la tensión residual más baja durante el hundimiento, su
duración y la fase en la cual se presentó la tensión residual más baja. A partir de esta
información, es posible calcular los indicadores de severidad para cada hundimiento de
tensión y posteriormente de la subestación estudiada[11].
Debido al volumen de información esta no se anexa.
Aplicación de la fase 7
Para determinar la severidad en el punto de medida, podemos calcular la severidad
total de los hundimientos de tensión (Se_sitio) y el promedio de la severidad del
hundimiento de tensión (Se_prom),
Tabla 17: Calculo de severidad en el punto de medida del usuario en el escenario #2
HUNDIMIENTO DE TENSIÓN SEVERIDAD SEGÚN SEMI-F47
Caso Total Eventos Se_sitio Se_prom N30
USUARIO_CASO 2 22 11,411 0,519 47,329
Para el caso de la barra 13,2 kV de la subestación bajo estudio, se plantean los valores
obtenidos por año:
Tabla 18: Calculo de severidad en la barra de la subestación en el escenario #2
HUNDIMIENTO DE TENSIÓN
SEVERIDAD SEGÚN SEMI-F47
NUMERO DE HUNDIMIENTOS POR FASE
Caso Total Eventos Se_sitio Se_prom N30 Fase A Fase B Fase C
SUB_CASO 2 1618 814,542 0,503 44,288 615 341 662
2012 559 268,278 0,4799 45,820 219 104 236
2013 551 277,622 0,5038 45,288 192 116 243
2014 508 268,641 0,5288 41,753 204 121 183
Aplicación de la fase 8
Trasladando a un gráfico de dispersión, los eventos registrados de cada hundimiento
y basados en la curva de referencia SEMI-F47, se obtiene para el punto de medida del
usuario:
53 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
Figura 24: Curva SEMI-F47 para el usuario en el escenario #2
Figura 25: Curva SEMI-F47 para la subestación (año 2012) en el escenario #2
Capítulo 4. Aplicación en Casos Prácticos 54
54
Figura 26: Curva SEMI-F47 para la subestación (año 2013) en el escenario #2
Figura 27: Curva SEMI-F47 para la subestación (año 2014) en el escenario #2
Como se observa en la Tabla 18, la cantidad de hundimientos de tensión en los tres
55 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
años ha tenido una tendencia por encima de los 40 hundimientos cada 30 días. Por otra
parte, aunque la cantidad de hundimientos en el año 2014 fue menor a los años anteriores,
este presento el mayor promedio de severidad por hundimiento. Lo anterior, demuestra
como la cantidad de hundimientos de tensión no puede ser por si sola un parámetro de
valoración del estado de calidad de la tensión en una subestación del sistema.
Adicional a la valoración de la subestación, y basados en la información recopilada de
hundimientos en el PCC del usuario bajo estudio, se pudo determinar que el total de
hundimientos de tensión fue de 22 eventos. Adicionalmente, el índice de severidad total
Se_sitio fue de 11.411 o un Se_prom de 0.519. Otro parámetro de interés, es el total de
hundimientos por un periodo de 30 días, el cual sería de 47 hundimientos. Estos valores,
están acorde con los índices de hundimientos calculados para la subestación que alimenta
al usuario comercial, presentados en la Tabla 18.
4.3. Escenario #3 – mediciones en usuarios industriales
Aplicación de la fase 1
El siguiente escenario extrae de los resultados de un estudio de la calidad de la
potencia dirigido a uno de los circuitos del sistema de distribución de CHEC y los
usuarios conectados a este [10]. El proyecto surge a partir de la solicitud de los usuarios
conectados al alimentador industrial, por estándares en la calidad de la forma de onda
adecuados y que no afecten las condiciones normales de operación en sus procesos
productivos [24].
Para ello, una serie de medidas de las variaciones de la calidad de la potencia, en la
subestación que alimenta el circuito y el punto de medida de cada uno de los usuarios
industriales, fueron realizadas. Dentro del estudio inicial, se realizó una investigación a
través de encuestas a 25 usuarios industriales, las cuales permitieron identificar que el
60% de las compañías reportaron sobre la ocurrencia de variaciones de tensión. También,
casi 80% de estas reportaron tener equipos sensibles a este tipo de tipo de perturbaciones
[10]. Información preliminar recopilada desde la bases de datos de CHEC, permite
establecer características preliminares sobre cada uno de los usuario, la red de media
tensión y la subestación a la cual se encuentra conectado el alimentador principal.
La información general del operador de red y los puntos de conexión de cada uno de
Capítulo 4. Aplicación en Casos Prácticos 56
56
los usuarios se agrupa en el diagrama unifilar que se muestra en la Figura 28
Figura 28: Diagrama unifilar del circuito en el escenario #3
El alimentador se encuentra conectado a la subestación Enea 33 kVLL y Alta Suiza 33
kV, con una longitud de 16 km aproximadamente su topología es área, con distribución
urbana y se encuentra apantallada en su totalidad. Este circuito dedica toda su capacidad
a la atención de usuarios industriales y su topología es radial pero permite redistribuir o
transferir cargas a otras subestaciones.
Aplicación de la fase 2
Consolidada la información anterior y de acuerdo al numeral 3.2 Visita técnica al sitio,
se recopila información complementaria de los usuarios través de registros fotográficos
o encuestas al usuario, al personal operario o de mantenimiento.
En la Tabla 19, se relaciona la información de manera resumida de cada uno de los
usuarios bajo estudio, esta fue recopilada a partir de información del operador de red y
recopilada en sitio, en cada una de las instalaciones de los usuarios.
Dentro de las actividades económica , a las cuales se dedican los Usuarios, se pueden
resaltar: (a) Fabricación de herramientas, (b) procesamiento de café, (c) industria
maderera, (d) producción de químicos, (e) centros de procesamiento de datos, (f)
manufacturación de plástico, (g) producción de alcohol, (h) producción de alimentos y
dulces, y finalmente, (i) producción metalúrgica.
De igual forma, a cada uno de los usuarios se les aplico una encuesta y el resultado
principal, que se identificó de las 25 compañías encuestadas, es que solo 2 de estas tienen
57 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
un sistema de estabilización de tensión. Algunas de las compañías reportaron que debido
a las variaciones de tensión surgieron algunos problemas tales como: (a) daño de los
PLC’s dada en algunos casos de su programación interna, y (b) equipo de automatización,
pantallas, autómatas.
Tabla 19: Información técnica del usuarios en el escenario #3
ID NODO/CIRCUITO USUARIO TRANSFORMADORES
DE CORRIENTE [A]
TRANSFORMADORES DE TENSIÓN
[V]
CAPACIDAD INSTALADA
[KVA]
1 B15147/ ENE30L16 Usuario 1 30-60-5 (60/5) 33000-110 4950
2 B15149/ENE30L16 Usuario 2 30-60-5 (60/5) 34500-115 3130
3 B15023/ENE30L16 Usuario 3 50-100-5 (50/5) 34500-115 6250
4 B15025/ENE30L16 Usuario 4 30-60-5 (30/5) 34500-115 2000
5 B15029/ENE30L16 Usuario 5 15-30-5 (30/5) 34500-120 1500
6 B15026/ ENE30L16 Usuario 6 30-60-5 (60/5) 33000-120 3625
7 B15035/ ENE30L16 Usuario 7 25-50-5 (50/5) 34500-115 2680
8 B15218/ENE30L16 Usuario 8 20-40-5 (20/5) 33000-120 1250
9 B15032/ ENE30L16 Usuario 9 50-100-5 (50/5) 33000√3/115√3 5300
10 B15217/ ENE30L16 Usuario 10 50-100-5 (100/5) 34500/115 6630
11 B15230/ ENE30L16 Usuario 11 50-5(50/5) 34500-115 1880
12 B15041/ENE30L16 Usuario 12 15-30-5 (15/5) 33000-120 1000
13 B15050/ENE30L16 Usuario 13 05/10/5 (10/5) 34500/120 225
14 B15137/ENE30L16 Usuario 14 05/10/5 (5/5) 34500-115 225
15 B15060/ENE30L16 Usuario 15 75-150-5 (75/5) 33000-110 3200
16 B15102/ENE30L16 Usuario 16 75-150-5 (150/5) 34500-115 8000
17 B15232/ENE30L16 Usuario 17 10-20-5 (1/5) 34500-115 630
18 B15125/ENE30L16 Usuario 18 30-60-5 (30/5) 33000-120 2365
19 B15133/ENE30L16 Usuario 19 20-40-5 (40/5) 34500-115 1850
20 B15165/ENE30L16 Usuario 20 10-20-5 (10/5) 34500-120 600
21 B15077/ENE30L16 Usuario 21 15-30-5 (30/5) 34500-115 1800
22 B15077/ENE30L16 Usuario 22 15-30-5 (15/5) 33000-110 1000
24 B15170/ENE30L16 Usuario 23 10-20-5 (10/5) 34500-115 350
25 B15171/ENE30L16 Usuario 24 15-30-5 (15/5) 34500-115 1000
26 B15083/ENE30L16 Usuario 25 50-100-5 (50/5) 33000-110 4000
De este análisis un total de 80% de los usuarios reportaron tener equipos sensibles a
los hundimientos de tensión. Este problema se reflejó en lo que fue categorizado por los
operarios como interrupciones muy cortas. Entre los problemas generados por este
problema, están: (a) interrupción del procesamiento de datos, (b) reinicio de los sistemas
de alumbrado, (c) interrupción de los procesos de producción (daño de los PLC’s, mala
operación de contactores, relés, variadores de velocidad), (d) perdida de bienes, (e)
perdida de materiales, y (f) malfuncionamiento de equipos.
Este problema fue reflejado por 12 empresas durante el periodo de recolección de
datos. En su mayoría, generando los siguientes problemas: (a) interrupción de
centrifugadoras en fábricas de alimentos (b) daño de equipos en circuitos cerrados de
Capítulo 4. Aplicación en Casos Prácticos 58
58
televisión en productores de plásticos, (c) perdidas en tiempos de producción en la
industria maderera, (d) para las fábricas de herramientas, hundimientos con una alta
duración generaron una pérdidas de materiales, (e) algunos variadores de velocidad
fallaron en las fabrica de dulces, (f) productores de utensilios de hogar como
refrigeradores sufrieron alteración de los procesos de fabricación, (g) finalmente, las
fábricas de alimentos indicaron la perdida de productos crudos por procesos de
calefacción y enfriamiento. Dentro de lo anterior, la interrupción de los procesos de
producción representa 90% de los desórdenes reportados por usuarios.
Aplicación de la fase 3
Atendiendo la metodología propuesta, se procede a la instalación de un equipo
analizador de redes, de acuerdo a lo indicado en el numeral 3.2.3, en el punto de medida
del Usuario, debido a que en principio el estudio buscaba, realizar la caracterización del
nivel de calidad de la energía del circuito, la duración de las mediciones en cada uno de
los puntos fue de 7 días aproximadamente
Aplicación de las fases 4 a 6
El análisis de información, se realiza aplicando el estándar IEEE Std 1564-2014, y
usando como referencia la curva SEMI-F47 y su algoritmo para el cálculo de la severidad
por cada evento. Antes de realizar los cálculos, se filtraron los eventos y se procesaron
únicamente los que si corresponden a hundimientos de tensión; haciendo a un lado
aquellos que no (elevaciones e interrupciones), el procedimiento se aplica a cada uno de
los usuarios,
Tabla 20: Valores de severidad del usuario en el escenario #3
FASE 4 FASE 5 FASE 6
Evento Fecha del registro Fase Magnitud Duración Curva SEMI-F47
kV p.u. segundos ciclos Cálculo Severidad
5 16/09/2011 12:33:33,3165 A 14,829 0,778 0,108 6,5 2*(1-V) 0,4434
11 20/09/2011 02:35:33,4166 B 17,066 0,896 0,008 0,5 (1-V) 0,1043
14 21/09/2011 22:57:53,9735 B 17,091 0,897 0,008 0,5 (1-V) 0,1030
Para el caso de la subestación, un total de 2700 registros de variaciones de valores
eficaces fueron adquiridos incluyendo hundimientos de tensión, elevaciones e
interrupciones en la subestación estudiada. De estos registros, solo aquellos que
pertenecen a hundimientos de tensión fueron extraídos. Aplicando el procedimiento
59 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
descrito anteriormente.
De los 2700 registros, un total de 2676 fueron hundimientos de tensión, Para estos
registros, la información disponible es: (a) el menor valor de tensión retenido durante el
hundimiento, (b) su duración y (c) la fase en la que el menor valor de tensión fue retenido.
Adicionalmente, registros obtenidos en los PCC de cada usuario fueron adquiridos en
un periodo mayor a dos meses durante el año 2011. De esta información, es posible
calcular los indicadores de severidad de los hundimientos de tensión, en la subestación
estudiada y en los PCC de cada cliente industrial.
Aplicación de la fase 7
Para determinar la severidad en el punto de medida, podemos calcular la severidad
total de los hundimientos de tensión (Se_sitio) y el promedio de la severidad del
hundimiento de tensión (Se_prom).
Tabla 21: Calculo de severidad de los usuarios en el escenario #3
HUNDIMIENTO DE TENSIÓN SEVERIDAD SEGÚN SEMI-F47
Usuario Numero de eventos Se_sitio Se_prom
Usuario 1 1 0,981 0,981
Usuario 10 3 0,651 0,217
Usuario 11 6 2,976 0,496
Usuario 13 6 3,637 0,606
Usuario 14 2 0,624 0,312
Usuario 15 3 1,390 0,463
Usuario 16 3 0,972 0,324
Usuario 17 1 0,214 0,214
Usuario 18 1 0,394 0,394
Usuario 2 3 1,431 0,477
Usuario 21 4 1,448 0,362
Usuario 22 2 0,610 0,305
Usuario 23 6 2,496 0,416
Usuario 25 3 1,657 0,552
Usuario 3 22 7,757 0,353
Usuario 4 6 2,682 0,447
Usuario 5 5 2,028 0,406
Usuario 6 2 0,651 0,326
Usuario 8 4 1,592 0,398
Total 83 34,190 0,412
Para el caso de la barra 33 kV de la subestación bajo estudio, se plantean los valores
obtenidos por año entre el 2008 y 2014:
Capítulo 4. Aplicación en Casos Prácticos 60
60
Tabla 22: Calculo de severidad en la barra de la subestación en el escenario #3
SEVERIDAD AÑO
Según la curva SEMI-F47 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
Nanual 245 306 292 369 480 452 420
N30 20.13 25.15 24 30.32 39.5 37.15 34.52
Se_sitio 113.811 151.668 146.824 175.014 239.588 244.765 216.248
Se_prom 0.464 0.495 0.502 0.474 0.499 0.541 0.514
La severidad de los hundimientos de tensión en la subestación estudiada fue calculada
a partir del algoritmo aplicado para la curva de inmunidad SEMI-F47 mostrados en el
capítulo 3. Este procedimiento fue realizado para los años 2008-2014. Los resultados se
muestran en la Tabla 22
Aplicación de la fase 8
Como se observa en la Tabla 22, la cantidad de hundimientos de tensión cada 30 días
en los 7 años ha ido aumentando de un promedio de 20 hundimientos de tensión a un
promedio de 34. Igualmente, la severidad total en la subestación se ha incrementado con
los años. Comparando 2008 y 2014, parece que la severidad total ha doblado el valor
obtenido en años anteriores. Aun así, la severidad promedio para todos los años ha
variado poco desde un valor de 0.5, resultando en un valor permisible para los circuitos
que se alimentaran por esta subestación.
Dados los valores presentados en Figura 14 del capítulo 3, Etapa 2 - procedimiento
de aplicación IEEE Std1564-2014, La severidad promedio ha permanecido remota del
valor umbral de interrupción. Con esto, se puede considerar que el servicio de calidad de
la potencia para hundimientos de tensión cumple con los estándares SEMI-F47. Esto
también muestra, que aunque el número de hundimientos ha aumentado en los diferentes
años, la severidad general ha permanecido en un valor aceptable. Por lo tanto, el valor
promedio de severidad se convierte en un parámetro de análisis más importante que la
cantidad de hundimientos en el año. El bajo promedio en la severidad puede ser
explicado teniendo en cuenta la cantidad de hundimientos con una duración menor a 200
ms y con una alta tensión residual.
Para el periodo de medición, se determinó que el total de hundimientos de tensión fue
83 eventos. Adicionalmente, el índice de la severidad total fue Se_sitio de 34.189 o una
Se_prom de 0.411. Otro parámetro de interés es la subsidencia total para un periodo de 30
días, que sería de 441.5 hundimientos. Estos valores son consistentes con las tasas de
hundimientos calculados para la subestación que alimenta el circuito industrial
61 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
presentado en la Tabla 22. Adicionalmente, aunque la cantidad de hundimientos en la
subestación estudiada se han incrementado entre 2012 y 2014, la severidad promedio ha
permanecido dentro de un valor tolerable. Por lo tanto, los usuarios finales deberían
mantener la tendencia de la severidad dentro de sus instalaciones. Otra forma de
demostrar esto es la cantidad de hundimientos de tensión con una severidad superior a
1, que fue únicamente 3 hundimientos. Discriminando la cantidad de hundimientos de
tensión que cada usuario registró, solo se midió un promedio total de 3.6 hundimientos.
La mayor cantidad de hundimientos registrados en un solo usuario fue de 22.
De los valores calculados de la severidad de los hundimientos de tensión en el
subestación estudiada y para cada usuario industrial, se puede percibir que existe un buen
suministro de la forma de onda de la tensión en relación a los hundimientos de tensión.
Aunque el Usuario 1, se encuentra cerca al umbral unitario, con respecto a los sugeridos
a través de la curva de inmunidad SEMI-F47, ver Figura 14, estos aún se encuentran por
debajo de 1.0, ver Figura 29.
Figura 29: Severidad promedio en el PCC vs. subestación para el escenario #3
Este resultado contradice la declaración de los usuarios con respecto a las variaciones
de tensión, tal que, no justifica la interrupción de un proceso industrial. Así, se deberían
realizar consideraciones de buenas prácticas de ingeniería dentro de las instalaciones de
modo que esto pueda incrementar la sensibilidad de un equipo ante hundimientos de
corta duración.
CAPÍTULO 5
CONCLUSIONES, APORTES Y FUTUROS DESARROLLOS
A a
Se presentan las conclusiones generales a la metodología propuesta, se realizan las
recomendaciones para trabajos futuros, se relacionan los trabajos adicionales que
aportaron al logro del presente documente y que fueron de trascendencia a nivel de
congresos y revistas.
63
5. CONCLUSIONES, APORTES Y
FUTUROS DESARROLLOS
L DESARROLLO del presente documento, describe a continuación las
conclusiones al trabajo realizado, y describe la manera en que se cumplen los
objetivos propuestos como parte de los requisitos de la propuesta de trabajo de grado
inicial. Otros aportes y discusiones académicas realizadas en congresos, hacen parte de
los objetivos alcanzados como parte del soporte de la metodología propuesta.
5.1. Conclusiones generales
Como se ha precisado en el presente documento, son múltiples las causas o fuentes
de originan los hundimientos de tensión, así como también sus consecuencias, estos son
fenómenos de comportamiento aleatorio y representan un gran porcentaje de las
perturbaciones que más impacta el sector productivo; es por ello que, la puesta en firme
del estándar IEEE 1564 de 2014, provee herramientas de evaluación de la severidad de
los hundimientos de tensión en cualquier parte del sistema, lo que permite a los usuarios
y operadores del sistema, contar con parámetros de referencia a través de una normativa
vigente y reconocida.
Así mismo, la prospectiva regulatoria en nuestro país, frente a la implantación de
indicadores para la variable de calidad de la potencia asociada a los hundimientos de
tensión, no ofrece las herramientas suficientes para establecer el desempeño en cualquier
punto del sistema de esta variable; los indicadores propuestos en el proyecto de
resolución CREG 065 de 2012, se encuentran en principio basados en el reporte de
información consolidada semanalmente de indicadores basados en el número de
hundimiento, según la duración (instantáneos, momentáneos y temporales), dejando de
lado la magnitud del fenómeno.
E
Capítulo 5. Conclusiones, Aportes y Futuros Desarrollos 64
64
La integración del estándar IEEE 1564 de 2014 y otras referencias normativas a
través de una guía metodológica para el análisis de hundimientos, permite de manera
ordenada atender efectivamente los requerimientos que se deriven de problemáticas
asociadas a la ocurrencia de los hundimientos de tensión.
Consecuentemente a las recomendaciones de la normatividad vigente, bibliografía y
publicaciones indexadas, es necesario contar con el suficiente número de registros a partir
de largos periodos de medición (como mínimo 30 días), esto con el fin de, contar con la
información suficiente para la evaluación de la severidad en cualquier punto del sistema.
Al objetivos específico 1: Se logra consolidar los conceptos y definiciones para el
desarrollo de la metodología, a partir de este marco normativo y regulatorio aplicado a
Colombia, se desarrolla la metodología propuesta
Al objetivo específico 2: Se da respuesta en el capítulo 3, mediante la propuesta
metodológica para el análisis de hundimientos de tensión, la cual se desarrolla por etapas
y fases. Esta guía metodológica propuesta para el análisis de hundimientos de tensión, se
logra materializar a partir la experiencia de los profesionales y personal técnico de CHEC,
el soporte normativo y la regulación vigente.
Al objetivo específico 3: Se valida la metodología a través de mediciones realizadas,
estas se muestran en el capítulo 4 del presente documento y se desarrollan con la
presentación de tres casos prácticos bajo diferentes escenarios que permitan verificar la
aplicabilidad de la metodología propuesta.
5.2. Aportes
Dentro de los aportes del presente trabajo y producto de la colaboración de tutores,
profesores y compañeros de maestría, se encuentran:
La propuesta de una guía metodología basada en un referente normativo internacional
como es el estándar IEEE 1564 de 2014 y las experiencia transmitida a través de la
realización de mediciones en campo y atención de solicitudes a los usuarios, provee las
herramientas para la realización de análisis de hundimientos de tensión no solo en el
sistema de distribución de la CHEC, sino también para otros operadores, donde se
incluyen indicadores de severidad de hundimientos, estableciendo elementos
cuantitativos que permiten valorar la calidad de la potencia en lo referente a los
65 Guía metodológica para el análisis de hundimientos de tensión en el sistema de distribución de la CHEC
hundimientos de tensión.
Este aspecto, debe ser tenido en cuenta en el alcance de una evaluación del estado de
la calidad de la tensión en una ubicación diferente a una subestación, tal como es el punto
de conexión común de un usuario. Por ejemplo, en el caso colombiano la Norma Técnica
Colombiana NTC-5001 del 2008, la cual determina la Calidad de la Potencia Eléctrica. Límites
y Metodología de Evaluación en Punto de Conexión Común, no es clara sobre el periodo mínimo
de medición para obtener indicadores de hundimientos de tensión. Normalmente, para
las demás perturbaciones, se recomienda en dicha norma un periodo de medición de 1
semana [16], mientras que, para los hundimientos de tensión puede requerirse de
periodos más largos de medición como se recomienda en la IEC 61000-4-30 [8].
5.3. Futuros desarrollos
- Entendido el alto impacto de las variaciones de la tensión eficaz en el sector
productivo, se hace relevante realizar la caracterización de curvas de
inmunidad de instalaciones de usuarios industriales, a partir de sus procesos
susceptibles a las variaciones en la tensión eficaz.
- Evaluación de la compatibilidad electromagnética de los usuarios industriales
frente a las tensiones de referencia dadas por el marco regulatorio vigente.
- Metodología para el establecimiento de la direccionalidad de las
perturbaciones asociadas a los hundimientos de tensión, como mecanismo
para la identificación de responsables por la emisión de perturbaciones en el
punto de medida de los Usuarios.
5.4. Discusión académica
Publicaciones en revistas
1) S. Arias-Guzman, A.J. Ustariz-Farfan, E.A. Cano-Plata, A.F. Salazar-Jimenez,
"Implementation of IEEE Std 1564-2014 for Voltage Sag Severity Analysis on a
Medium Voltage Substation," Revista: “IEEE Transactions on Industry Applications”.
Seleccionado en PEPQA-2015 para publicación (en revisión)
Capítulo 5. Conclusiones, Aportes y Futuros Desarrollos 66
66
Publicaciones en Congresos
1) S. Arias-Guzman, O.A. Ruiz-Guzman, A.J. Ustariz-Farfan, E.A. Cano-Plata, A.F.
Salazar-Jimenez, "Evaluación de la Calidad de la Potencia Caso Práctico en
Instalaciones Comerciales," IV IAS Colombian Workshop on, vol., no., pp.1,6, 10-10
September 2014.
2) S. Arias-Guzman, A.J. Ustariz-Farfan, E.A. Cano-Plata, A.F. Salazar-Jimenez,
"Implementation of IEEE Std 1564-2014 for Voltage Sag Severity Analysis on a
Medium Voltage Substation," Power Electronics and Power Quality Applications (PEPQA),
2015 Workshop on, vol., no., pp.1,6, 2-4 June 2015.
3) S. Arias-Guzman, O.A. Ruiz-Guzman, L.F. Garcia, M. Jaramillo, P.D. Cardona-
Orozco, A.J. Ustariz-Farfan, E.A. Cano-Plata, A.F. Salazar-Jimenez, "Analysis of
Voltage Sag Severity Case Study in an Industrial Circuit," Industry Applications Society
Annual Meeting (IAS), 2015 IEEE , vol., no., pp., 18-22 Oct. 2015. ponencia aceptada
67
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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[4] Eugenio Betancur E., M. A. (s.f.). Caracterización de la calidad de la potencia para un sistema de Transmisión interconectado. Caracterización de la calidad de la potencia para un sistema de Transmisión interconectado. Itagüí, Antioquia, Colombia: Mejía y Villegas S.A.
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[13] IEEE Std 493-2007 (IEEE Gold Book), IEEE Recommended Practice for the Design of Reliable Industrial and Commercial Power Systems.
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[18] IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality, IEEE Std. 1159-2009
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[23] IEC 555-3 Edition 1 Disturbances in supply systems caused by household appliances and similar electrical equipment - Part 3: Voltage fluctuations. 1982
[24] S. Arias-Guzman, O.A. Ruiz-Guzman, L.F. Garcia, M. Jaramillo, P.D. Cardona-Orozco, A.J. Ustariz-Farfan, E.A. Cano-Plata, A.F. Salazar-Jimenez, "Analysis of Voltage Sag Severity Case Study in an Industrial Circuit," Industry Applications Society Annual Meeting (IAS), 2015 IEEE , vol., no., pp., 18-22 Oct. 2015. (accepted)
[25] Juan A. Martínez Velasco, Jacinto Martín Arnedo. Aplicaciones Informáticas para análisis de huecos de tensión. 2008.
[26] Math H.J. Bollen. Understanding power quality problems – voltaje sags and interruptions. Pp 358.
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[31] DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/DIS 18434-1, Condition monitoring and diagnostics of machines - Thermography.
[32] CEI IEC 61000-2-8. Informe Técnico. Compatibilidad electromagnética (CEM). Parte 2-8: Entorno. Huecos de tensión e interrupciones breves en las redes eléctricas de suministro público, con inclusión de resultados de medidas estadísticas.
[33] CREG, C. R. (s.f.). Resolución CREG 038 de 2014. Bogotá, Colombia
[34] CREG, C. R. (s.f.). Resolución CREG 070 de 1998. Bogotá, Colombia
[35] S. Arias-Guzmán, A.F. Salazar-Jiménez, O.A. Ruiz-Guzmán, A.J. Ustariz-Farfan, E.A. Cano Plata. Evaluación de la Calidad de la Potencia Caso Práctico en Instalaciones Comerciales. 2014.
[36] ANSI C84.1-2011 - American National Standard. For Electric Power Systems and Equipment - Voltage Ratings (60 Hertz)
[37] John Kyei, Power Systems Engineering Research Center - Analysis and Design of Power Acceptability Curves for Industrial Loads. 2001.
[38] CREG, C. R. (s.f.). Resolución CREG 097 de 2008. Bogotá, Colombia
[39] CREG, C. R. (s.f.). Proyecto de Resolución CREG 065 de 2012. Bogotá, Colombia
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